Page 170 - 《爆炸与冲击》2026年第4期

第 46 卷 吴 昊，等： 落石冲击框架T梁式RC棚洞损伤破坏评估 第 4 期

2 模型验证

分别对已有 RC 板落锤冲击试验 [14, 22] 、砂垫层 [23] 和 EPE 垫层 [24] 落石冲击试验开展数值模拟，通过
对比试验与模拟结果，验证第 1 节中有限元数值模拟分析方法选取的材料模型、网格尺寸、接触算法及
其参数取值的适用性和可靠性。

2.1 RC 板落锤冲击试验
对 Othman [14] 开展的 RC 板抗落锤多次冲击试验进行数值模拟。如图 4(a) 所示，RC 板边长为 1 950 mm，
厚度为 150 mm，边界约束为四角简支，混凝土单轴抗压强度为 83.1 MPa。顶部双向分布钢筋直径为
11.29 mm，间距为 210 mm，屈服和极限强度分别为 433.4 和 621.7 MPa，底部双向分布钢筋直径为
1 9 . 5 3 m m ， 间 距 为 1 0 0 m m ， 屈 服 和 极 限 强 度 分 别 为 4 5 1 . 2 和 6 2 9 . 1 M P a 。 棱 柱 体 平 头 落 锤 高
度为 750 mm，边长为 400 mm，质量为 475 kg，冲击位置为板中心，2 次冲击速度分别为 8.95 和 8.35 m/s。
进一步建立有限元模型如图 4(b) 所示，混凝土和钢筋材料模型参数确定方法同 1.1.2 节。上部和下部支
撑均采用刚性材料和实体单元建模，螺杆采用随动硬化材料模型和梁单元建模，其底部为完全固定边界。

采用关键字*CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_ SURFACE 定义落锤、上部和下部支撑与 RC 板
之间的接触。落锤多次冲击作用通过完全重启动实现，采用关键字*STRESS_INITIALIZATION_OPTION
将第 1 次冲击后 RC 板的损伤和应力状态保存并作为第 2 次冲击模型的初始条件。

Drop hammer

Upper support

150 mm 400 mm

Lower
support
Bolt Fixed

1 950 mm
(a) Test setup (b) Finite element model

图 4 RC 板落锤多次冲击试验 [14] 和有限元模型
[14]
Fig. 4 Multiple impact test on RC slab and finite element model
图 5 分别对比了 2 次冲击试验和数值模拟得到的冲击力、支座反力、RC 板中心挠度时程以及两次
冲击后 RC 板正面和背面的损伤情况。结果表明：数值模拟预测的冲击力和支座反力时程均与试验结果
吻合良好，冲击力和支座反力峰值的最大相对误差仅为 9.5%；板中心挠度时程预测结果与试验结果的变
化趋势一致，2 次冲击的峰值挠度相对误差分别为 27.5% 和 8.0%。第 1 次冲击挠度误差相对较大的原因

2 000 1 500 60
1 616 kN First impact 1 020 kN 1 100 kN First impact First impact
1 500 1 485 kN Test [22] 1 000 Test [22] 40 29 mm 23 mm Test [22]
Impact force/kN 1 500 0 1 370 kN Second impact Reaction force/kN 1 000 0 900 kN 923 kN Second impact Deflection/mm −20 0 32 mm 30 mm Second impact
Simulation
Simulation
Simulation
1 000
20
500
500
−500
40
Test [22]
Test [22]
Test [22]
1 231 kN
1 000
500 Simulation 500 0 Simulation 20 0 Simulation
−500 −20
0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50
Time/ms Time/ms Time/ms
(a) Impact force-time histories (b) Support reaction force-time histories (c) Deflection-time histories
045104-7