·410 工程科学学报，第41卷，第3期 式中，σ为应变率下钢材的动态屈服强度，σ：为 向高频振荡☒ 钢材的静态屈服强度，其中应变率参数D、g分别取 图3对比了冲击后梁体侧面损伤分布的模拟和 为40.4和5.落锤和支座装置均采用刚性材料 试验结果，其中数值模拟结果中采用因拉损伤因子 (MAT_RIGID)模拟，锚板采用弹性材料(MAT_E- 来表示梁体的裂缝分布.结果表明，碰撞位置处梁 LASTIC)模拟.通过调整落锤材料密度使得其总重 体的损伤严重，而靠近支座附近的梁体出现了比较 为2t,同时落锤初始速度设置为14ms-1. 明显的垂直裂缝，数值模拟结果能够很好地反映试 混凝土、落锤和支座装置均采用单点缩减积分 验梁体的损伤状态.图4对比了落锤碰撞力和梁跨 实体单元模拟，钢筋采用Hughes-一Liu梁单元模拟， 中挠度时程曲线的试验和模拟结果.可以看出，数 梁端锚板采用单点积分壳单元模拟.不考虑钢筋与 值模拟得到的碰撞力和挠度时程曲线与试验值基本 混凝土之间的相对滑移，采用共节点方式实现两者 一致.尽管在整个时程曲线上两者存在略微的差 之间的连接.采用基于罚函数算法的*CONTACT_. 异，但是数值模拟得到的碰撞力峰值和最大跨中挠 ERODING._SURFACE._TO_SURFACE来定义落锤与 度与试验值的误差均在1%以内.由此可见，本文对 梁、支座装置与梁之间的接触关系，同时引入黏性接 冲击荷载下钢筋混凝土构件所采用的模拟方法和参 触阻尼系数(VDC=30)来消除接触面上产生的法 数选取是比较合理的 损伤因子 0.999 0.899- 0.799- 0.699- 试验结果 0.599- 0.499- 0.399- 0.299- 0.199- 模拟结果 0.099 图3冲击后钢筋混凝土梁的损伤分布对比 Fig.3 Comparison of damage patterns of the impacted reinforced concrete beam 15 120 一试验 一试验 一·一·模拟 一。一一模拟 10 80 5 40 4 10 30 60 90 120150 时间/ms 时间ms 图4碰撞力(a)和跨中挠度(b)试验和模拟结果对比 Fig.4 Experimental and simulated results comparison of impact force (a)and mid-span displacement (b) 1.2钢筋混凝土墩柱有限元模型 块的水平向平动自由度，以此来实现墩柱底部固定 采用上述有限元模型的建模方法和参数取值， 和上部简支的边界条件.墩柱截面配筋如图5所 建立了钢筋混凝土墩柱精细有限元模型，如图5所 示，其中纵向钢筋和箍筋的屈服强度分别为400和 示.不失一般性地，墩柱截面尺寸取为1m×1m,柱 335MPa,混凝土单轴抗压强度为30MPa,墩顶刚性 高取为6m,冲击体碰撞位置为距柱底面2m高度 块和冲击体均采用刚性材料模拟.冲击体的几何形 处.为了比较准确地模拟柱底钢筋和混凝土的应变 状同上述冲击试验的落锤，并通过改变其材料密度 发展，同时便于轴力均匀施加于墩项顶，将柱底向下延 来实现不同的质量.相关材料、接触参数均参考上 伸1000mm作为柱脚，柱顶连接100mm厚的刚性 述梁体数值模型进行选取.柱顶刚性块顶面施加均 块.通过定义关键字(BOUNDARY_SPC_SET)来约 匀面荷载，轴力和重力荷载均在碰撞分析之前通过 束柱脚底面和侧面节点的平动自由度以及柱顶刚性 动力松弛方法加载完成.工程科学学报，第 41 卷，第 3 期 式中，σd y 为应变率 ε · 下钢材的动态屈服强度，σs y 为 钢材的静态屈服强度，其中应变率参数 D、q 分别取 为 40. 4 和 5． 落锤和支座装置均采用刚性材料 ( MAT_ＲIGID) 模拟，锚板采用弹性材料( MAT _E￾LASTIC) 模拟． 通过调整落锤材料密度使得其总重 为 2 t，同时落锤初始速度设置为 14 m·s － 1 ． 混凝土、落锤和支座装置均采用单点缩减积分 实体单元模拟，钢筋采用 Hughes--Liu 梁单元模拟， 梁端锚板采用单点积分壳单元模拟． 不考虑钢筋与 混凝土之间的相对滑移，采用共节点方式实现两者 之间的连接． 采用基于罚函数算法的* CONTACT_ EＲODING_SUＲFACE_TO_SUＲFACE 来定义落锤与 梁、支座装置与梁之间的接触关系，同时引入黏性接 触阻尼系数( VDC = 30) 来消除接触面上产生的法 向高频振荡［12］． 图 3 对比了冲击后梁体侧面损伤分布的模拟和 试验结果，其中数值模拟结果中采用因拉损伤因子 来表示梁体的裂缝分布． 结果表明，碰撞位置处梁 体的损伤严重，而靠近支座附近的梁体出现了比较 明显的垂直裂缝，数值模拟结果能够很好地反映试 验梁体的损伤状态． 图 4 对比了落锤碰撞力和梁跨 中挠度时程曲线的试验和模拟结果． 可以看出，数 值模拟得到的碰撞力和挠度时程曲线与试验值基本 一致． 尽管在整个时程曲线上两者存在略微的差 异，但是数值模拟得到的碰撞力峰值和最大跨中挠 度与试验值的误差均在 1% 以内． 由此可见，本文对 冲击荷载下钢筋混凝土构件所采用的模拟方法和参 数选取是比较合理的． 图 3 冲击后钢筋混凝土梁的损伤分布对比 Fig． 3 Comparison of damage patterns of the impacted reinforced concrete beam 图 4 碰撞力( a) 和跨中挠度( b) 试验和模拟结果对比 Fig． 4 Experimental and simulated results comparison of impact force ( a) and mid-span displacement ( b) 1. 2 钢筋混凝土墩柱有限元模型 采用上述有限元模型的建模方法和参数取值， 建立了钢筋混凝土墩柱精细有限元模型，如图 5 所 示． 不失一般性地，墩柱截面尺寸取为 1 m × 1 m，柱 高取为 6 m，冲击体碰撞位置为距柱底面 2 m 高度 处． 为了比较准确地模拟柱底钢筋和混凝土的应变 发展，同时便于轴力均匀施加于墩顶，将柱底向下延 伸 1000 mm 作为柱脚，柱顶连接 100 mm 厚的刚性 块． 通过定义关键字( BOUNDAＲY_SPC_SET) 来约 束柱脚底面和侧面节点的平动自由度以及柱顶刚性 块的水平向平动自由度，以此来实现墩柱底部固定 和上部简支的边界条件． 墩柱截面配筋如图 5 所 示，其中纵向钢筋和箍筋的屈服强度分别为 400 和 335 MPa，混凝土单轴抗压强度为 30 MPa，墩顶刚性 块和冲击体均采用刚性材料模拟． 冲击体的几何形 状同上述冲击试验的落锤，并通过改变其材料密度 来实现不同的质量． 相关材料、接触参数均参考上 述梁体数值模型进行选取． 柱顶刚性块顶面施加均 匀面荷载，轴力和重力荷载均在碰撞分析之前通过 动力松弛方法加载完成． · 014 ·