Page 143 - 《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

3 损伤评估方法

本节通过分析 RC 墩柱遭受冲击后的残余位移和剩余承载力指标，建立两者之间的映射关系，并基
于此提出了一种 RC 墩柱受侧向冲击后的损伤评估方法，仅需通过墩柱的轴压比、冲击后的破坏形态、
柱的截面尺寸信息和残余位移 4 个关键参数，即可快速评估冲击作用后墩柱的损伤状况。

3.1 剩余承载力

剩余承载力为 RC 墩柱在遭受冲击荷载作 3 000
用后，仍能承受轴向极限荷载的能力，可反映 RC M-5-600-0.3
2 500
墩柱损伤状态下的安全储备。本文通过 LS-DYNA
有限元软件的重启动功能对受冲击后的墩柱进 2 000
行轴压加载直至其失效，获得墩柱轴向变形和承 Force/kN 1 500 2 670 kN
载力曲线，曲线中的峰值承载力为墩柱冲击后的
1 000
剩余承载力。以 M-5-600-0.3 为例，对柱顶施加
500
轴压后其剩余承载力-位移曲线如图 17 所示，曲
线中的峰值 2 670 kN 为剩余承载力值，即遭受冲
0 5 10 15 20
击荷载作用后仍能承受的轴向极限荷载。需要 Displacement/mm
注意的是，使用 LS-DYNA 软件进行冲击后剩余
图 17 位移对剩余承载力的影响
承载力计算时，应确保冲击结束后构件处于静止 Fig. 17 Effect of displacement on residual bearing capacity
状态，避免冲击后 RC 墩柱振荡带来的惯性效应
影响计算结果的准确性。
图 18、图 19 和图 20 分别展示了不同冲击 4 000
位置、轴压比、冲击质量和冲击速度下的墩柱剩 3 860 3 650
3 500 3 310
余承载力变化曲线。需要注意的是当柱已被定 3 158
义为倒塌时，剩余承载力标记为零。如图 18 所 3 000 3 101 3 050 2 670
示，轴压比为 0.2 时，随着冲击速度的增大，构件 2 500 2 110
的剩余承载力逐渐下降。在柱中冲击的情况下， Residual bearing capacity/kN 2 000 2 060
柱主要呈现弯剪破坏，具有一定的延性破坏特 1 500 1 560 1 640 1 620
征，其剩余承载力没有随冲击能量增大而出现骤 1 076 1 005
降现象。在柱底冲击时，以局部剪切破坏为主， 1 000 Impact mass is 600 kg 675
混凝土的失效主集中在柱底区域。图 19 表明， 500 Mid-column impact
Base-column impact
相较于冲击速度，增大冲击质量更容易导致剩余 0 0 0
承载力下降。图 18 和图 19 表明，在相同冲击能 2 3 4 5 6 7 8 9 10
−1
Velocity/(m·s )
量下，柱底冲击的剩余承载力更低，损伤更加严
图 18 冲击速度对剩余承载力的影响
重。图 20 表明，冲击位置位于柱中时，剩余承载
（冲击质量为 600 kg）
力随轴压比的增大而下降，冲击位置位于柱底
Fig. 18 Effect of impact velocity on residual bearing capacity
时，剩余承载力随轴压比的增大而上升。这可能 with the impact mass of 600 kg
是由于当冲击位置位于柱中时，冲击力造成柱子
发生弯剪破坏，这种破坏模式通常会导致柱子的整体变形和局部损伤，柱的整体变形导致其在后续承载
中较为明显的 P-Δ 二阶效应（P 为轴力，Δ 为侧移），从而降低其整体承载能力。随着轴压比的增大，柱子
更容易发生整体弯曲变形破坏，导致其剩余承载力下降。而当冲击位置位于柱底时，破坏主要集中在柱
底区域，冲击力导致局部剪切破坏。轴压比的增大在一定程度上会增强柱底的抗剪切能力，从而提高剩
余承载力。

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