1 引言
隨著科技的進(jìn)步，人們越來越多的將玻璃幕墻等建筑玻璃應(yīng)用于現(xiàn)代建筑當(dāng)中。但是，近年來不斷發(fā)生的恐怖活動和意外爆炸，讓人們開始關(guān)注建筑物的抗爆炸設(shè)計(jì)。研究表明，城市中的建筑物爆炸會引起巨大的破壞，造成極大傷亡，在這些傷亡人數(shù)中，很大一部分直接或者間接的是由建筑玻璃的破碎引起的。爆炸發(fā)生時(shí)，沖擊波作用于玻璃上，造成玻璃的飛濺，對人們造成直接的傷害，另外沖擊波透過玻璃的縫隙進(jìn)入建筑物中又會對人們造成間接傷害。研究人員開始關(guān)注如何采用更加安全的建筑玻璃設(shè)計(jì)，減少爆炸沖擊下建筑玻璃的飛散破壞，保證建筑物內(nèi)外人員的安全。國外在玻璃抗爆方面的研究已較為深入，制定了相應(yīng)規(guī)范，提出了玻璃抗爆設(shè)計(jì)的方法。國內(nèi)在這方面起步比較晚，研究尚不多見。目前雖然對抗爆玻璃的破壞強(qiáng)度、動力響應(yīng)、安全性及經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行了某些研究，但我國現(xiàn)行規(guī)范中尚沒有抗爆玻璃的設(shè)計(jì)計(jì)算方法和相關(guān)規(guī)定，對建筑玻璃在爆炸荷載下的抗沖擊性能也缺乏足夠的認(rèn)識，因此有關(guān)抗爆玻璃的設(shè)計(jì)方法，及其在理論、試驗(yàn)等方面仍需做很多的研究工作。本文對建筑玻璃在爆炸荷載作用下的破壞研究現(xiàn)狀做了較全面的綜述，并指出了今后建筑玻璃抗爆的主要研究方向。
2 玻璃材料性能
玻璃是經(jīng)過液體固化后形成的一種均質(zhì)透明的固體材料，表現(xiàn)出良好的各向同性。目前應(yīng)用于建筑中的玻璃多為鈉鈣硅酸鹽玻璃，主要成分是SiO2，在生產(chǎn)過程中經(jīng)過了高溫加熱，然后冷卻（詞條“冷卻”由行業(yè)大百科提供）成型，所以在室溫下玻璃表現(xiàn)出很好的脆性，并通常具有很好的彈性模量。
2.1 玻璃的力學(xué)性能
玻璃在低溫和常溫下基本是理想的彈性體，遵循胡克定律，玻璃的彈性模量為(44.1~88.2)×10的9次方，泊松比為0.2。玻璃在拉伸狀態(tài)下的應(yīng)力（詞條“應(yīng)力”由行業(yè)大百科提供）應(yīng)變曲線與鋼材不同，鋼材在達(dá)到彈性極限之前，應(yīng)力應(yīng)變基本呈直線關(guān)系，在達(dá)到彈性極限之后，在應(yīng)力基本沒有變化的情況下，應(yīng)變會迅速增加，應(yīng)力應(yīng)變呈非線性關(guān)系。玻璃應(yīng)力應(yīng)變呈線性關(guān)系，沒有明顯的屈服，是理想的彈脆性材料。鋼材與玻璃的應(yīng)力應(yīng)變拉伸曲線如圖1所示。
2.2 玻璃的強(qiáng)度
玻璃的實(shí)際強(qiáng)度一般僅為3×10的7次方~15×10的7次方Pa，比理論強(qiáng)度小很多，這主要是玻璃表面的微裂紋（詞條“裂紋”由行業(yè)大百科提供）、內(nèi)部的不均勻性（詞條“均勻性”由行業(yè)大百科提供）及各種缺陷造成的，這些原因使玻璃的強(qiáng)度不僅僅受原子間作用力的影響。實(shí)際中，可以采用Orowan公式計(jì)算玻璃的理論強(qiáng)度：
其中：Eγ 表示表面能，a表示離子間距離。為了簡化，強(qiáng)度理論也可以用σth=nE來表示，n是與物質(zhì)結(jié)構(gòu)和鍵型有關(guān)的常數(shù)，一般n取0.1~0.2。
建筑結(jié)構(gòu)中采用的玻璃一般可以分為平板玻璃、鋼化玻璃、夾層玻璃、中空玻璃、夾絲玻璃這幾類。
平板玻璃包括引上法平板玻璃(分有槽/無槽兩種)、平拉法平板玻璃和浮法玻璃（詞條“浮法玻璃”由行業(yè)大百科提供）。浮法玻璃由于厚度均勻、上下表面平整平行，勞動生產(chǎn)率高且利于管理等方面的原因，正成為玻璃制造方式的主流。浮法玻璃是用海砂、硅砂、鉀化石、純堿（詞條“純堿”由行業(yè)大百科提供）、白云石等原料，按一定比例配制，經(jīng)熔窯高溫熔融，玻璃液從池窯連續(xù)流至并浮在金屬液面上，攤成厚度均勻平整、經(jīng)火拋光的玻璃帶，冷卻硬化（詞條“硬化”由行業(yè)大百科提供）后脫離金屬液，再經(jīng)退火切割而成的透明無色平板玻璃。平板玻璃廣泛應(yīng)用于建筑物的門窗（詞條“門窗”由行業(yè)大百科提供）中。鋼化玻璃。它是普通平板玻璃經(jīng)過再加工處理而成一種預(yù)應(yīng)力玻璃。鋼化玻璃相對于普通平板玻璃來說，具有兩大特征:一是前者抗壓強(qiáng)度是后者的數(shù)倍，抗拉度是后者的3倍以上，抗沖擊是后者5倍以上;二是鋼化玻璃不容易破碎，即使破碎也會以無銳角的顆粒形式碎裂，對人體傷害大大降低。夾層玻璃是由兩片或兩片以上的單片玻璃和玻璃間的有機(jī)中間膠(PVB)合層構(gòu)成，PVB(聚乙烯（詞條“聚乙烯”由行業(yè)大百科提供）醇縮丁醛)具有很好的粘結(jié)性能，所以經(jīng)過兩層或者多層玻璃的夾膠，使夾層玻璃具有很好的抗沖擊性。當(dāng)玻璃受到破壞時(shí)，PVB夾層會起到粘結(jié)作用，防止玻璃飛濺，起到保護(hù)作用。在目前，夾層玻璃是一種很好的抗爆玻璃材料，能減少沖擊波進(jìn)入室內(nèi)對居民的傷害。
中空玻璃是由兩層或多層平板玻璃構(gòu)成，周邊用高強(qiáng)、高氣密性的復(fù)合粘結(jié)劑將兩片或多片玻璃與密封條粘結(jié)密封。中空層充入空氣，所以中空玻璃具有隔音、保暖效果好的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于北方寒冷地區(qū)及現(xiàn)代新型建筑。夾絲玻璃是將普通平板玻璃加熱到紅熱軟化狀態(tài)時(shí)，再將預(yù)熱處理過的鐵絲或鐵絲網(wǎng)壓入玻璃中間而制成。它的特性是防火（詞條“防火”由行業(yè)大百科提供）性優(yōu)越，可遮擋火焰，高溫燃燒時(shí)不會炸裂，破碎時(shí)不會造成碎片傷人。夾絲玻璃在受到撞擊時(shí)只會形成輻射狀裂紋而不至于墮下傷人，具有一定的抗沖擊能力，故多采用于高層樓宇和震蕩性強(qiáng)的廠房。
3 爆炸沖擊波荷載
一般來說，爆炸現(xiàn)象都是物質(zhì)變?yōu)橐环N高溫高壓氣體的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)極為迅速，并隨之放出3000℃左右的高溫和幾萬個(gè)大氣壓的沖擊波。沖擊波是一種強(qiáng)烈的壓縮波，其波陣面前后介質(zhì)的參數(shù)是一種有限量的突躍變化，并在波頭上堆積起來，形成強(qiáng)間斷面（詞條“斷面”由行業(yè)大百科提供）。
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