Page 136 - 《爆炸与冲击》2026年第4期

第 46 卷 陈泓宇，等： 钢筋混凝土墩柱侧向冲击损伤的评估方法 第 4 期

压比对 RC 墩柱动力响应的影响规律。围绕剩余承载力和残余位移两个关键指标，分析不同参数影响
下 RC 墩柱的损伤演化规律，进而提出一种 RC 墩柱损伤状态快速评估方法，并建立具体的评估流程。

1 数值分析

1.1 试验概述
本文采用 LS-DYNA 进行有限元模拟分析，为校验有限元模型的准确性，利用 Zhou 等 [19] 开展的
RC 墩柱冲击试验数据，建立精细化有限元模型。图 1 为 RC 墩柱几何尺寸和配筋图，柱高 2 200 mm，直
径为 340 mm，混凝土保护层厚度为 25 mm。柱底部由 300 mm×400 mm×900 mm 的基础底座提供固定约
束。柱子轴压比设计为 0.2，混凝土抗压强度为 42 MPa。纵筋直径为 20 mm，配筋率为 2.7%，纵筋屈服强
度为 400 MPa。箍筋直径为 8 mm，箍筋间距为 150 mm，屈服强度为 335 MPa。试验中，冲击小车的冲击
位置为柱中部区域，冲击质量为 1 200 kg，冲击速度为 4.5 m/s。图 2 为试验中的小车冲击加载示意图。

Axial force
HRB400 Rebar Test car
1 100 25 340 Instrumented hammer RC column

2 200 Impact direction HRB335 Rebar

400
900

图 1 RC 墩柱几何尺寸和配筋图（单位：mm） 图 2 小车冲击加载示意图
Fig. 1 Geometry and reinforcement arrangement Fig. 2 Schematic diagram of impact test setup
of RC pier (unit: mm)

1.2 材料模型
混凝土本构模型采用 K&C（Karagozian and Case）本构模型，该模型考虑了 3 个极限面和偏应力张量
第三不变量的影响，采用分段函数来表示拉压子午线之间的关系，对拉压子午线的描述更加细致。在损
伤表达方面，K&C 本构模型不仅考虑了剪切变形损伤，并进一步考虑了拉伸和压缩损伤。在应变率效应
的表达中采用了径向放大法，其应变率增强因子（dynamic increase factor, DIF）可以通过试验确定，且该模
型使用方便，只需输入少量参数，其他参数自动生成 [20] 。钢筋采用双折线弹塑性模型，该模型通过定义
钢材的 DIF 来考虑钢筋的应变率效应。此外，加载板和冲击小车使用弹性材料模型*MAT_ELASTIC。
表 1 列出了有限元模型中采用的材料模型的详细信息。

表 1 有限元模型材料属性
Table 1 Material properties for finite element model
密度/ 弹性模量/ 抗压强度/ 屈服强度/
材料 模型 泊松比 失效应变
−3
(kg·m ) GPa MPa MPa
混凝土 CONCRETE_DAMAGE_REL3 (*MAT_072R3) 2 490 - 0.2 42 - -
纵筋钢材 PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY 400
7 850 205 0.3 - 0.4
箍筋钢材 (*MAT_024) 335
加载板/小车钢材 ELASTIC (*MAT_001) 7 850 205 0.3 - - -

在冲击作用下，钢筋和混凝土应变率效应较显著。本文采用 Hao 等 [21] 提出的混凝土 DIF 模型：

045102-3