Page 144 - 《振动工程学报》2026年第2期

460 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

0 0.003 0 0.003
等效塑性应变 (a) 对照组 等效塑性应变

(a) Control group
图 13 几何相似塑性梁的损伤模式
Fig. 13 Damage modes of geometrically similar plastic beams

3 重 力 和 粘 结 滑 移 对 峰 值 位 移 及 尺 度
效 应 的 影 响 0 0.003
等效塑性应变
(b) 考虑重力
为了进一步讨论重力和粘结滑移作用对 RC 梁 (b) Group considering gravity

跨中峰值位移及其尺度效应的影响，设置了不考虑 图 15 重力对几何相似 RC 梁损伤模式的影响
重力和粘结滑移的对照组，分别考虑两者单一作用 Fig. 15 Effect of gravity on damage modes of geometrically
和共同作用共 4 种工况进行对比。 similar RC beams

3.1 重力作用的影响 变化率），如图 16 所示，说明重力增强了 RC 梁跨中
峰值位移尺度效应。
图 14 所示为重力对几何相似 RC 梁归一化跨中

60 60
位移时程和峰值的影响。可以看出，在重力作用下，
几何相似 RC 梁归一化跨中位移均增大。这是由于 50 50 +15.45%
+26.00%
+17.82%
重 力 的 方 向 与 冲 击 荷 载 相 同， 两 者 的 共 同 作 用 使 归一化位移 / mm +8.88% 归一化位移 / mm
RC 梁的位移增大。由图 14(b)可知，重力荷载对于几 40 40
何相似 RC 梁冲击位移的影响并没有保持线性关系， 30 30
1 2 3 1 2 3
表现为重力对于大尺寸梁跨中峰值位移的影响更 尺度因子 尺度因子
大。图 15 对比了不考虑与考虑重力时不同尺寸 RC (a) 对照组 (b) 考虑重力
(a) Control group (b) Group considering gravity
梁的损伤模式。可以看出，尽管考虑重力后，几何相
图 16 重力对归一化跨中位移尺度效应的影响
似 RC 梁的损伤区域略有增加，但整体差别不大。然
Fig. 16 Effect of gravity on scaling effect of normalized mid-
而，重力对 RC 梁跨中位移是有影响的，且影响程度
span displacement
与其几何尺寸有关。综上，建议在研究大尺寸或足
尺 RC 梁冲击响应的有限元建模中，进一步考虑重力 在复杂的动态受力平衡过程中，尽管重力的大
荷载的影响。 小满足经典相似律 λ ，但是重力的影响主要在被激
3
为了进一步量化 RC 梁跨中位移尺度效应，以各 活区域体现。如图 15 所示，本研究中的被激活区域
工况下的小尺寸梁（λ=1）的跨中峰值位移为基准，分 主要指 RC 梁跨中冲击点附近区域，此处损伤亦较为
别计算了几何相似梁的峰值位移变化率（简称位移 严重。可以看出，不同尺寸梁中的被激活区域所占

75 70 对照组 比例不同，且不随尺度因子线性变化，致使重力的影
归一化位移 / mm 50 对照组 重力 归一化位移 / mm 50 +2.08% +9.17% 响也不同。在冲击荷载作用下，RC
重力
梁内部会产生较
60
[31]
大惯性力来抵抗冲击力
，同时产生加速度。ZHAO
+8.25%
梁内的应力分布受到跨长的影响，长
[32]
等
25
发现，RC
40
λ=2
λ=2
λ=3
λ=3
0 λ=1 λ=1 30 跨梁内部形成应力斜压杆机制。同样地，在几何相
0 20 40 60 1 2 3 似梁间也发现同样的规律。当 梁进入整体响应
归一化时间 / ms 尺度因子 RC
(a) 时程曲线 (b) 跨中峰值位移 阶段 [31-32] （主要指应力波传播到支座后，梁整体参与
(a) Time-history (b) Mid-span peak 抵抗冲击荷载的阶段），由于塑性变形、损伤等因素
curves displacement

的影响，梁内动力变化、加速度响应等往往不符合
图 14 重力对几何相似 RC 梁归一化跨中位移的影响
线性关系，叠加重力的非线性影响，导致 RC 梁跨中
Fig. 14 Effect of gravity on normalized mid-span displacement
of geometrically similar RC beams 峰值位移表现出尺度效应现象。