Page 53 - 《爆炸与冲击》2025年第5期

第 45 卷 黄晨瑞，等： 高速冲击下混凝土动力学性质和动态温度研究 第 5 期

结合这三种场的变化可以看出，钢纤维在冲击载荷下起到了多重作用：不仅有效桥接裂纹、分散应
力集中、增强抗裂性能，还减缓了裂纹的扩展速度，减小了位移。钢纤维体积掺量的合理控制使混凝土
展现出更均衡的力学性能与热响应，揭示了在冲击破坏过程中，力学行为与热效应的密切耦合关系。

3.4 动态温度分析

3.4.1 动态温度效应
混凝土受冲击破坏引起温度变化的现象实际上是一种能量累积及其转化的复杂效应，其中一部分
机械能转化为热能，而混凝土是典型的脆性材料，在受冲击时会产生大量的微裂纹，而伴随微裂纹的产
生，破裂面会发生错动和摩擦，因而有摩擦热效应产生，必然导致温度上升。对于不同性质的裂纹，其摩
擦热效应也会有所不同。为了研究冲击荷载下混凝土裂纹处的动态温度效应，通过搭建的高速红外测
温系统实时监测混凝土破裂瞬间裂纹处的温度变化情况。
为深入分析混凝土受冲击时裂纹处温度的演化规律，对整个冲击过程 (约 10 ms) 的温度变化进行分析。
钢纤维混凝土试件在冲击荷载作用下表现出明显的温度变化趋势。由于混凝土内部存在空隙，受
冲击后裂纹处的应力分布不均匀，导致温度波动较大。此外，不同钢纤维体积掺量的混凝土内部空隙分
布不同，影响了裂纹处的吸热效应，最终造成温度变化的差异。尽管具体温度有所不同，但整体趋势大
致相同，即在冲击后温度迅速上升，随后在一定范围内保持平稳波动，再快速下降。
在升温过程中，由于内部空隙和钢纤维的掺入，使混凝土产生吸热效应，导致温度略微下降。当混
凝土被破坏到一定程度时，温升和吸热效应相互制约，出现高温保持阶段（图 14 中绿色区域）。此时，定
义峰值温度 T 的 95% 为高温保持温度，即在高温保持阶段的最低温度为高温保持温度 T ，高温保持阶
m
c
段所处的时间为高温保持时间 t ，高温保持温度 T 的计算式如下：
c
c
T m1 +T m2 +···T mn
T c = ×95% (4)
n

20
14.212 ℃ 1-SF0-PP5 30 26.865 ℃ 1-SF5-PP5
16 14.470 ℃ 2-SF0-PP5 25.583 ℃ 2-SF5-PP5
13.819 ℃ 3-SF0-PP5 25 23.963 ℃ 3-SF5-PP5
Temperature/℃ 8 Temperature/℃ 15
20
12

4 10
5
0 0
0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8 10 12 14
Time/ms Time/ms
(a) Without steel fiber (b) Steel fiber content 0.5%
35 30.179 ℃ 1-SF10-PP5 40 35.097 ℃ 1-SF15-PP5
30.423 ℃ 2-SF10-PP5 2-SF15-PP5
30 34.073 ℃
29.201 ℃ 3-SF10-PP5 30 34.217 ℃ 3-SF15-PP5
25
Temperature/℃ 20 Temperature/℃ 20

15
10
10
5
0 0
0 2 4 6 8 10 12 14 0 2 4 6 8 10 12
Time/ms Time/ms
(c) Steel fiber content 1.0% (d) Steel fiber content 1.5%
29.103℃
30
℃
25 ℃ 053101-11
℃ 20
15
10
5

0
0 2 4 6 8 10
ime/ms
(e) Steel fiber content 2.0%