钢筋混凝土柱在冲击载荷下崩落响应分析

彭 航，姚文进，陶 正，卢振宇

(南京理工大学 智能弹药技术国防重点学科实验室，南京 210094)

1 引言

钢筋混凝土在近距离受到一定当量的爆炸载荷作用下会产生不同程度上的损伤或者破坏，常见毁伤现象为爆坑、裂纹、崩落、断裂。爆炸载荷在近距离下主要毁伤元为爆轰产物与冲击波，当爆距与装药半径满足r<12r0时[1-2]，钢筋混凝土受到爆轰产物与冲击载荷的共同作用；当爆距与装药半径满足r>12r0时，钢筋混凝土只受到冲击载荷作用[2]。当冲击波超压峰值达到一定程度后，混凝土柱会产生明显崩落现象。

目前针对一定当量炸药对混凝土柱的毁伤数值模拟方式有：考虑爆炸产物与冲击波作用的ALE或者Euler算法、只考虑爆炸产物作用的Lagrange算法、以及能表征出混凝土粒子飞散状态的SPH算法[8-12]。在数值模拟过程中钢筋混凝土的材料模型有：广泛应用的RHT本构、考虑应变率强化效应的HJC本构、包括损伤和应变率效应的KCC本构[3-4,8-12]。现阶段用于分析崩落现象的理论有层裂理论、累积毁伤准则[6-7]。对比分析后提出相对应的数值模拟方案，为理论分析提供数值模拟结果参考。根据混凝土中应力波速度测试[5]，可证明一维应力波理论的可行性；并依据一维应力波相关理论[1]，提出一种将三维混凝土柱模型简化为一维微元杆的分析思路，简化冲击载荷对混凝土柱的毁伤问题，为以后进一步研究打下基础；

2 冲击载荷下混凝土柱毁伤效应数值模拟

根据典型建筑物结构设计相关标准，特设计冲击载荷下混凝土柱示意图如图1,所用混凝土为C40，几何尺寸为2.3 m×0.15 m×0.15 m。

图1 钢筋混凝土柱示意图