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随着现代科技的高速发展，玻璃幕墙已成为现代大型公共建筑和超高层建筑的最主要外立面形式，是现代主义建筑的显著特征[1][2]。面对21世纪以来不断出现的恐怖活动，玻璃幕墙作为建筑的外围护构件，其抗爆炸性能直接影响了整体建筑物的防爆炸安全，是建筑抗爆炸设计首要考虑的问题。
国外在玻璃幕墙抗爆方面的研究已较为深入，制定了相应规范，提出了玻璃幕墙抗爆设计的方法[3][4]。而国内在这方面的研究起步较晚，缺乏足够的试验数据。故本文对四边简支玻璃幕墙面板进行爆炸冲击荷载作用下的动力响应试验。研究分析了不同面板的破坏形式和动力响应特征[5]。
2 试验概况
2.1 试验方法
本文采用直立圆筒式核爆炸压力模拟器对试件加载，试验加载原理如图1,2所示。直立圆筒式模爆器由爆炸段、过渡段、试验段以及点火控制系统等部分组成。爆炸段筒壁上预留可根据需要开启的泄气孔；过渡段内设有栅板系统；试验段则包括充气腔、试验介质与结构及平衡基础。试验开始时，均匀设置好的导爆索爆炸后产生高压气体，经栅板迅速充满整个空腔，形成较均匀的模拟核爆炸压力荷载作用于试件上，图3是作用于试验段加载面的实测压力波形。试验中通过控制导爆索的长度和泄爆孔的开启个数来调节爆炸所需的超压值和作用时间。
2.2 试件设计
根据模爆器的试验要求，为了防止冲击波的绕流，使玻璃面板直接承受冲击荷载作用，试件测试安装于预埋在模爆器介质砂里的箱体上，预埋箱体采用钢材焊接。由于模爆器的直径为 1900mm，所以箱体内径尺寸按模爆器的尺寸要求设计为 1000mm×1000mm。如图4所示。
对已标定好的测试系统加电、调试。导爆索起爆后，压力同时作用于试件和传感器上，压力传感器输出一个反映冲击波压力大小的电信号，电阻应变片和位移传感器信号实时记录试件的动力响应特征，经过测试系统采集放大并记录下来，得到压力、应变和位移的波形数据。
1.应变测量原理
（1）电阻应变片的工作原理
由物理学原理可知，金属电阻丝的电阻 R 与长度L 和截面面积 A 有如下关系：
ρ—电阻率；
L —电阻丝长度；
A—电阻丝截面积
应变测量时，应变片粘贴在结构上，随结构一起发生形变，当应变片发生变形时其长度和截面积都会发生变化，因而阻值发生变化。量测仪器测量其阻值的变化，并根据应变片的灵敏度指标计算得出应变值。
（2）电阻应变片的电桥测法
应变片发生变形时的阻值变化极小，其阻值的测量通过电桥法实现。电桥法测量阻值的原理如下：在电桥的桥压输入端（Eg+，Eg-）施以恒定电压，当充作桥臂的应变计阻值发生变化时，电桥的信号输出端（Ui+，Ui-）电压将发生变化，通过测量此电压的变化量即可得到电阻的变化值(图6)。
实际的应变量测系统由四部分组成：应变片、应变放大器、数据采集仪和PC 机。
应变片：将感受到的应变转换成电阻的变化。
应变放大器：内含电桥测量电路，将电阻变化转换成电压的变化并进行放大，放大后的信号送入数据采集器。
数据采集仪：采集应变放大器放大后的信号并将其转化成数字信号传送给计算机。
PC 机：获取数据采集器上传的测量值，并根据换算关系转换成应变值显示（图7）。
本次试验用位移传感器为调频接触式位移计，位移计安装时测杆与试件紧密连接，试件的变形通过测杆的变形经传感器转换为调频信号，再由位移变送器将调频信号检出为电压信号送至数据采集仪并转换记录为数字信号储存（图8）。
模爆器内压力测量采用应变式压力传感器，其本质仍然是应变的测量，应变测量的基本测量原理同上。压力传感器的测量原理如下：在压力传感器的承压面连接有薄壁圆筒，圆筒侧壁粘贴有应变片，当承压面受到压力作用时，薄壁圆筒也相应发生变形，应变片也随之变形，因此测量应变片的应变即可测得对应的压力值。
4.数据采集设备
数据采集仪采用江苏东华测试技术有限公司的 DH5939N 数据采集仪。DH5939N数据采集记录分析仪是一种高性能的多通道并行数据采集记录分析系统。系统包括以 A/D 转换器为核心的数据采集记录仪，以控制、记录和分析为目的的微型计算机以及相应的控制软件和分析软件。如图9 所示：
通过对玻璃幕墙在爆炸冲击荷载作用下的动力响应试验，可以得出如下结论：
1.单片玻璃在爆炸冲击荷载作用下呈脆性破坏，并伴有碎片飞溅，易对建筑的其他构件和人员造成二次伤害，因此在有抗爆炸设计要求的建筑结构中，禁止采用单片玻璃作为抗暴玻璃幕墙的板材；
2.夹胶玻璃和夹胶中空玻璃能抵抗一定等级的爆炸冲击荷载，而且其破坏后整体不脱落，没有碎片飞溅，对人员无二次伤害，尤其是夹胶中空玻璃，抵抗爆炸冲击波荷载能力较强。在没有抗爆炸设计要求的建筑结构中，宜采用夹胶玻璃作为建筑幕墙的板材；在有抗爆炸设计要求的重要性建筑中，宜采用夹胶中空玻璃作为建筑幕墙的板材。
3.炸药爆炸形成的冲击波的峰压力值或冲量值没有达到夹胶玻璃面板破碎限值时，夹胶玻璃面板的动力响应为弹性响应。随着冲击波的衰减，夹胶玻璃面板的变形回归于初始状态，当冲击波的峰压力值或冲量值超过限值，夹胶玻璃面板变形为弹塑性变形。
参考文献
[1]赵西安.建筑幕墙工程手册（上册）.北京：中国建筑工业出版社，2003
[2]秦荣.高层与超高层建筑结构.北京：科学出版社，2007
[3] U.S. Army Corps of Engineers. (1957). “Design of Structures to resist the effects of Atomic Weapons” Manual EM 1110-345-415, Washington D.C.
[4] ASTM. (1996). “Standard test method for glazing and glazing systems subjected to airblast loadings” F West Conshohocken, Pa.
[5] 陶志雄.玻璃幕墙的爆炸动力响应及抗爆炸设计方法：[博士学位论文].上海：同济大学，2011
注：陈 峻（华东建筑设计研究院有限公司，上海 200002）
陶志雄（武汉建筑设计研究院有限公司，武汉 430000）
