赵武超等：侧向冲击荷载下钢筋混凝土墩柱的性能 ·415· 较大.C11工况墩柱在碰撞点下方发生水平的直剪 及防护技术.工程力学，2013,30(9)：144) 破坏，而C18工况墩柱则在碰撞点下方发生斜向剪 Cheng X W,Li Y.Lu X Z,et al.Numerical investigation on dy- 切破坏，同时柱底也出现了较为明显的弯曲裂缝 namic response of reinforced conerete columns subjected to impact loading.Eng Mech,2015,32(2):53 ☑混凝土纵筋箍筋 (程小卫，李易，陆新征，等.撞击荷载下钢筋混凝土柱动力 响应的数值研究.工程力学，2015,32(2)：53) B] Loedolff M J.The Behaviour of Reinforced Concrete Cantilever Col- umns under Lateral Impact Load [Dissertation].Stellenbosch: Stellenbosch University,1989 4]Liu F,Luo Q Z,Yan B,et al.Numerical study on the failure mode of RC column subjected to lateral impact.J Vib Shock, 0.2 2017,36(16):122 (刘飞，罗旗帜，严波，等.RC柱侧向冲击破坏模式的数值模 8 C9C10C11C12C2C14C15C17 拟研究.振动与冲击，2017,36(16)：122) 工况 5] Demartino C,Wu J G,Xiao Y.Response of shear-deficient rein- 图15墩柱各部分材料耗能与初始动能的比值 forced circular RC columns under lateral impact loading.Int /Im- Fig.15 Ratios of the energy dissipation of material composition to the pact Eng,2017,109:196 initial kinetic energy [6]Cai J,Ye J B,Chen O J,et al.Dynamic behaviour of axially- loaded RC columns under horizontal impact loading.Eng Struct, 4结论 2018,168:684 7]Zhou X Y,Ma R J,Chen A R.Anti-shear reliability analysis for a (1)冲击体初始动能在碰撞过程中逐渐转变为 reinforced concrete column subjected to rockfall impact.J Vib 接触区域的局部耗能和墩柱的整体耗能，其中局部 Shok,2017,36(7):262 (周晓宇，马如进，陈艾荣.钢筋混凝土柱式墩落石冲击抗剪 耗能起着不可忽视的作用.碰撞作用冲量一般约是 性能可靠性分析.振动与冲击，2017,36(7)：262) 冲击体初始动量的1.15倍，而墩柱各材料耗能则一 8] Editorial Department of China Joural of Highway and Transport. 般略小于冲击体初始动能.当初始动能保持不变 Review on China's bridge engineering research:2014.China J 时，随着冲击质量的增大，墩柱以弯剪破坏和弯曲破 High-tay Transp,2014.27(5):1 坏为主；反之，更易发生剪切破坏，甚至直剪破坏 (《中国公路学报》编辑部.中国桥梁工程学术研究综述2014 中国公路学报，2014,27(5)：1) (2)提出了一种基于截面损伤因子的钢筋混凝 9] Kishi N,Bhatti A Q.An equivalent fracture energy concept for 土墩柱损伤评估方法.该方法能够比较直观地描述 nonlinear dynamic response analysis of prototype RC girders sub- 墩柱的损伤发展和分布规律，并且可以定量地衡量 jected to falling-weight impact loading.Int Impact Eng,2010 其破坏程度.钢筋混凝土墩柱在首个碰撞力峰值区 37(1):103 间基本达到最大损伤，其中损伤主要集中在碰撞位 [1]Murray Y D.Users Manual for LS-DYNA Concrete Material Model 置附近，并随碰撞过程逐渐向两侧扩展.由于碰撞 159.Report No.FHWA-HRT-05-062,2007 [11]Jones N.Structural /mpact.2nd Ed.New York:Cambridge Uni- 位置和边界条件的不对称，墩柱碰撞点以下部位的 versity Press,2012 损伤远大于以上部位的损伤. [12]Hallquist J 0.LS-DYNA Keyword User's Manual Version 971 (3)刚性冲击体碰撞作用下，轴压力对墩柱抗 Livermore:Livermore Software Technology Corporation,2007 撞能力的有利贡献比较有限.尤其是当轴压力超过 [13]Sharma H,Gardoni P,Hurlebaus S.Probabilistic demand model 一定数值后，墩柱更易在碰撞点附近发生局部剪切 and performance-based fragility estimates for RC column subject 破坏.适当减少碰撞体的接触刚度可以有效地减小 to vehicle collision.Eng Struct,2014,74:86 14] Thilakarathna H MI.Vulnerability Assessment of Reinforced Con- 碰撞力峰值和构件损伤程度，同时也会降低其发生 crete Columns Subjected to Vehicular Impacts.Queensland: 脆性剪切破坏的概率。 Queensland University of Technology,2010 [05] Ministry of Housing and Urban-Rural Development,People's Re- 参考文献 public of China.GB50010-2010 Code for Design of Concrete [1]Tian L,Zhu C.Damage evaluation and protection technique of RC Structures.Beijing:China Architecture Building Press,2010 columns under impulsive load.Eng Mech,2013,30(9):144 (中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50010一2010混凝 (田力，朱聪.碰撞冲击荷载作用下钢筋混凝土柱的损伤评估 土结构设计规范.北京：中国建筑工业出版社，2010)赵武超等: 侧向冲击荷载下钢筋混凝土墩柱的性能 较大． C11 工况墩柱在碰撞点下方发生水平的直剪 破坏，而 C18 工况墩柱则在碰撞点下方发生斜向剪 切破坏，同时柱底也出现了较为明显的弯曲裂缝． 图 15 墩柱各部分材料耗能与初始动能的比值 Fig． 15 Ｒatios of the energy dissipation of material composition to the initial kinetic energy 4 结论 ( 1) 冲击体初始动能在碰撞过程中逐渐转变为 接触区域的局部耗能和墩柱的整体耗能，其中局部 耗能起着不可忽视的作用． 碰撞作用冲量一般约是 冲击体初始动量的 1. 15 倍，而墩柱各材料耗能则一 般略小于冲击体初始动能． 当初始动能保持不变 时，随着冲击质量的增大，墩柱以弯剪破坏和弯曲破 坏为主; 反之，更易发生剪切破坏，甚至直剪破坏． ( 2) 提出了一种基于截面损伤因子的钢筋混凝 土墩柱损伤评估方法． 该方法能够比较直观地描述 墩柱的损伤发展和分布规律，并且可以定量地衡量 其破坏程度． 钢筋混凝土墩柱在首个碰撞力峰值区 间基本达到最大损伤，其中损伤主要集中在碰撞位 置附近，并随碰撞过程逐渐向两侧扩展． 由于碰撞 位置和边界条件的不对称，墩柱碰撞点以下部位的 损伤远大于以上部位的损伤． ( 3) 刚性冲击体碰撞作用下，轴压力对墩柱抗 撞能力的有利贡献比较有限． 尤其是当轴压力超过 一定数值后，墩柱更易在碰撞点附近发生局部剪切 破坏． 适当减少碰撞体的接触刚度可以有效地减小 碰撞力峰值和构件损伤程度，同时也会降低其发生 脆性剪切破坏的概率． 参 考 文 献 ［1］ Tian L，Zhu C． Damage evaluation and protection technique of ＲC columns under impulsive load． Eng Mech，2013，30( 9) : 144 ( 田力，朱聪． 碰撞冲击荷载作用下钢筋混凝土柱的损伤评估 及防护技术． 工程力学，2013，30( 9) : 144) ［2］ Cheng X W，Li Y，Lu X Z，et al． Numerical investigation on dy￾namic response of reinforced concrete columns subjected to impact loading． Eng Mech，2015，32( 2) : 53 ( 程小卫，李易，陆新征，等． 撞击荷载下钢筋混凝土柱动力 响应的数值研究． 工程力学，2015，32( 2) : 53) ［3］ Loedolff M J． The Behaviour of Ｒeinforced Concrete Cantilever Col￾umns under Lateral Impact Load ［Dissertation］． Stellenbosch: Stellenbosch University，1989 ［4］ Liu F，Luo Q Z，Yan B，et al． Numerical study on the failure mode of ＲC column subjected to lateral impact． J Vib Shock， 2017，36( 16) : 122 ( 刘飞，罗旗帜，严波，等． ＲC 柱侧向冲击破坏模式的数值模 拟研究． 振动与冲击，2017，36( 16) : 122) ［5］ Demartino C，Wu J G，Xiao Y． Ｒesponse of shear-deficient rein￾forced circular ＲC columns under lateral impact loading． Int J Im￾pact Eng，2017，109: 196 ［6］ Cai J，Ye J B，Chen Q J，et al． Dynamic behaviour of axially￾loaded ＲC columns under horizontal impact loading． Eng Struct， 2018，168: 684 ［7］ Zhou X Y，Ma Ｒ J，Chen A Ｒ． Anti-shear reliability analysis for a reinforced concrete column subjected to rockfall impact． J Vib Shock，2017，36( 7) : 262 ( 周晓宇，马如进，陈艾荣． 钢筋混凝土柱式墩落石冲击抗剪 性能可靠性分析． 振动与冲击，2017，36( 7) : 262) ［8］ Editorial Department of China Journal of Highway and Transport． Ｒeview on China's bridge engineering research: 2014． China J High-way Transp，2014，27( 5) : 1 ( 《中国公路学报》编辑部． 中国桥梁工程学术研究综述 2014． 中国公路学报，2014，27( 5) : 1) ［9］ Kishi N，Bhatti A Q． An equivalent fracture energy concept for nonlinear dynamic response analysis of prototype ＲC girders sub￾jected to falling-weight impact loading． Int J Impact Eng，2010， 37( 1) : 103 ［10］ Murray Y D． Users Manual for LS--DYNA Concrete Material Model 159． Ｒeport No． FHWA--HＲT--05--062，2007 ［11］ Jones N． Structural Impact． 2nd Ed． New York: Cambridge Uni￾versity Press，2012 ［12］ Hallquist J O． LS--DYNA Keyword User's Manual Version 971． Livermore: Livermore Software Technology Corporation，2007 ［13］ Sharma H，Gardoni P，Hurlebaus S． Probabilistic demand model and performance-based fragility estimates for ＲC column subject to vehicle collision． Eng Struct，2014，74: 86 ［14］ Thilakarathna H M I． Vulnerability Assessment of Ｒeinforced Con￾crete Columns Subjected to Vehicular Impacts． Queensland: Queensland University of Technology，2010 ［15］ Ministry of Housing and Urban-Ｒural Development，People's Ｒe￾public of China． GB50010—2010 Code for Design of Concrete Structures． Beijing: China Architecture ＆ Building Press，2010 ( 中华人民共和国住房和城乡建设部． GB50010—2010 混凝 土结构设计规范． 北京: 中国建筑工业出版社，2010) · 514 ·