钢筋混凝土梁冲击试验数值模拟研究

姜 华，贺拴海，王君杰

钢筋混凝土结构被广泛用于土木、海洋和防护工程，由于结构冲击实验比较复杂且在很多情况下不经济，开展此类结构的冲击数值模拟对研究结构的动态响应具有重要意义。近10年来，伴随着计算机技术的快速发展，采用三维有限元模拟钢筋混凝土结构在冲击荷载下的响应已引起了越来越多研究者的兴趣。

回顾采用三维有限元技术数值模拟钢筋混凝土结构受冲击作用时，发现采用的混凝土本构模型比较简单以致无法反映混凝土材料复杂的力学行为。例如，Von-Mises(VM)和Drucker-Prager(DP)模型用到了巨型钢筋混凝土梁受落重的冲击模拟［1－2］，受压侧为双线性联合受拉侧拉断的模型用于数值模拟钢筋混凝土梁的非线性响应［3］。然而，这些模型无法反映实验中观察到的由材料损伤引起的尤其在峰值强度之后所在区域出现的材料刚度退化现象。此外，K＆C模型用到了受横向冲击荷载作用的混凝土柱上，这个模型无法预测材料的非弹性体积膨胀现象［4］。

基于这些背景，为了验证采用高级混凝土本构模型数值模拟的精度，研究有关混凝土材料的几个重要行为对冲击响应的影响以及在复杂结构中推广运用高级混凝土模型，本文采用LS－DYNA程序对已有钢筋混凝土梁的冲击实验进行了数值模拟，其中弹塑性损伤帽盖模型［5－6］用于混凝土材料，该模型可以反映实验中观察得到的混凝土材料的主要宏观行为，而弹塑性模型用于钢筋材料模拟。……