Page 110 - 《爆炸与冲击》2026年第2期

第 46 卷 第 2 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 46, No. 2
2026 年 2 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES Feb., 2026

DOI：10.11883/bzycj-2025-0171

高温与冲击耦合作用下超高性能混凝土的

动态力学特性与本构方程 *

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张 臣 ，高 飞 ，何 睿 ，王 振 ，张国凯 2
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（1. 南京理工大学机械工程学院，江苏 南京 210094；
2. 南京理工大学安全科学与工程学院，江苏 南京 210094）
摘要： 为研究超高性能混凝土（ultra-high performance concrete, UHPC）在高温-爆炸冲击耦合作用下的动态力学特性，
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采用高温分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）实验系统，开展了 25～600 ℃ 温度及 90～200 s 应变率
范围内 C140 UHPC 单轴压缩实验，系统分析了高温与冲击耦合作用下材料的强度、应变、韧性、应力-应变关系及破坏形
态，揭示了温度与应变率效应对其动态力学性能的影响规律，并基于温度效应修正了 Holmquist-Johnson-Cook（HJC）本
构模型屈服面。结果表明：UHPC 在高温动态压缩下表现出显著的应变率强化效应，但高温同时劣化其力学性能；材
料应变能力与韧性演化规律源于温度效应与应变率效应的协同作用；在相同温度下，提高应变率可加剧 UHPC 的破坏
程度。当温度超过 400 ℃ 时，UHPC 基体劣化及钢纤维氧化致使材料整体呈现脆性破坏特征，然而其局部芯部仍保持
完整并具有显著残余承载能力；修正后的 HJC 屈服面适用于该类材料在高温与冲击耦合作用下的动态力学性能研究。
关键词： 超高性能混凝土；高温分离式霍普金森压杆（SHPB）实验；温度效应；应变率效应；动态力学性能
中图分类号： O347.3 国标学科代码： 13015 文献标志码： A

Dynamic mechanical properties and constitutive model of
ultra-high performance concrete subjected to coupled
high-temperature and impact loading

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ZHANG Chen , GAO Fei , HE Rui , WANG Zhen , ZHANG Guokai 2
（1. School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, Jiangsu, China;
2. School of Safety Science and Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, Jiangsu, China）
Abstract: In order to investigate the dynamic mechanical properties of ultra-high performance concrete (UHPC) under
coupled high-temperature and explosive impact effects, a 75 mm-diameter high-temperature split Hopkinson pressure bar
(SHPB) apparatus was employed. Uniaxial compression tests were conducted on C140 UHPC specimens in the temperatures
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ranging from 25 ℃ to 600 ℃ and the strain rate ranging from 90 s to 200 s . A systematic analysis was performed on the
strength, strain, toughness, stress-strain relationship, and failure modes of the material under the combined condition of high
temperature and impact loading. The influence of temperature and strain rate on the dynamic mechanical properties was
revealed, and the yield surface of the Holmquist-Johnson-Cook (HJC) constitutive model was modified by incorporating
thermal effects. The results indicate that UHPC exhibits a significant strain rate strengthening effect under high-temperature
dynamic compression, while elevated temperatures simultaneously degrade its mechanical properties. The evolution of material
strain capacity and toughness stems from the synergistic interaction between thermal and strain rate effects. At identical
temperatures, increased strain rates exacerbate the damage of UHPC. When temperatures exceed 400 ℃, matrix degradation

* 收稿日期： 2025-06-10；修回日期： 2025-09-15
基金项目： 国家自然科学基金（12002171）；中央高校基本科研业务费专项资金（30925010503）
第一作者： 张 臣（1998－ ），男，硕士研究生，zxc199_567@163.com
通信作者： 高 飞（1990－ ），男，博士，副教授，gaofei5257@njust.edu.cn

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