Page 142 - 《振动工程学报》2026年第2期

458 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

80 上对比结果说明，本研究所应用的有限元模拟方法
可以较合理地反映缩尺和足尺模型的冲击试验结
60
跨中位移 / mm 40 箍筋 D13@250 D-1 D-3 纵筋D29
果，后续研究将在此基础上开展。
12 mm 锚板
D-5
18 mm
20
30 mm
35 mm
25 mm 20 mm 22 mm 8000
40 mm 9000
0 (a) 试件详图（单位：mm）
0 20 40 60
(a) Detailed drawing (Unit: mm)
时间 / ms

试验
图 6 缩尺模型的网格收敛性分析
Fig. 6 Mesh convergence analysis of the scaled-down model
模拟
于 10%。实际上，与复杂的试验相比，数值模拟较为 等效塑性应变: 0 0.003
理想，如简化边界条件、忽略摩擦等，导致模拟与试 (b) 损伤模式
(b) Damage mode
验结果产生相对误差。尽管如此，由图 7 可知，模拟
与试验结果之间的误差较小，在可接受范围内。结 16 12.33 MN (误差+5%) 试验值 120
11.79 MN 模拟值
果表明，数值模型能反映构件的损伤模式、冲击力 88.81 mm (误差+2%) 90
和位移时程等关键响应。 87.46 mm
冲击力 / MN 12 8 60
局部压溃 D-1 位移 / mm
试验 负弯矩区裂缝 4 D-3 30
D-5
0 0
模拟 0 50 100 150
时间 / ms
等效塑性应变 : 0 0.003
(c) 时程曲线
(a) 损伤模式 (c) Time-history curves

(a) Damage mode
图 8 足尺试件细节及验证结果
600 80
534.49 kN Fig. 8 Details of full-scale specimen and validation results
494.73 kN (误差−7%)
54.81 mm (误差+2%) 60
冲击力 / kN 53.74 mm 40 位移 / mm 2 几 何 相 似 梁 跨 中 位 移 分 析
400
200
试验值 20 对 S 系列 RC 梁在冲击质量为 100 kg、冲击速度
模拟值
为 8.0 m/s 工况下开展有限元分析，M 和 L 系列的工
0 0
0 20 40 60 况按照经典相似律放大。在已有研究成果中，评价
时间 / ms
(b) 时程曲线 RC 梁抗冲击性能的最常用指标之一是跨中峰值位
(b) Time-history curves
移 w。根据跨中峰值位移可以预判 梁的损伤程
RC
图 7 缩尺模型验证结果对比 度和安全度等。本文聚焦不同尺寸梁的跨中位移及
Fig. 7 Comparison of scale-down model validation results
其峰值，基于表 1 的理论相似比，分别对时间（t / λ）
1.5.3 足尺模型 和跨中位移（w / λ）进行了归一化。

本研究所验证的足尺模型来自 KISHI 等 [29] 的试
2.1 时程曲线和峰值位移
验，试验梁的设计细节如图 8 所示。简支梁的跨长
为 9000 mm，净跨 8000 mm，截面为 1000 mm× 850 mm， 图 9 展示了几何相似 RC 梁的归一化跨中位移
配筋率为 0.64 %。为了增强锚固，在梁两端焊接了 时程曲线。可以看出，在前 5 ms 左右，归一化位移
12 mm 厚的钢板。该工况的冲击质量为 2000 kg，冲 曲线基本重合。随着冲击响应逐渐被激发，曲线出
击速度为 14 m/s。对于落锤等装置，其尺寸细节参考 现差异，说明此时 RC 梁的跨中位移响应不满足经典
文献 [29]。在开展验证之前，采用与上一节相同的分 相似律，即存在尺度效应。S、M 和 L 系列的归一化
析方法讨论网格敏感性问题。通过对比，选用 50 mm 跨 中 峰 值 位 移 值 分 别为 42.48、 48.20 和 53.41 mm。
的网格尺寸验证足尺试验梁，得到的损伤模式和时 随尺度因子增大，RC 梁的归一化跨中峰值位移分别
程曲线结果如图 8 所示。同样地，模拟得到的等效 增大了 13.47% 和 25.72%。另外，由图 9 可知，几何
塑性应变和时程曲线结果与试验结果基本一致。以 相似 RC 梁的归一化残余位移也没有按照经典相似