爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件动力响应的数值模拟.pdf

第 3 6卷第 6期 2 0 1 0年 1 2月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件动力响应的数值模拟 左清林， 刘西拉 ( 上海交通大学土木工程 系 ， 上海2 0 0 2 4 0 ) 摘要： 考虑了高应变率下混凝土和钢筋的动态本构模型， 根据已有试验资料对炸药、 钢筋混凝土构件和两者之间的空气建 立数值模型， 使用显式动力有限元软件 L S D Y N A模拟了空气中点源炸药爆炸产生的爆轰冲击作用于钢筋混凝土构件和爆炸 荷载作用下构件动力响应的全过程。结果表明， 钢筋混凝土构件受到爆轰冲击的作用区域主要集中在构件迎爆面， 构件背爆 面受到的绕射冲击作用相比可以忽略； 构件内应力波的传播不规则， 同一位置处剪切应力波峰值早于弯曲应力波出现， 构件 的易损部位和爆轰冲击的主要作用位置有关， 构件中部较端部更易发生弯曲破坏， 而端部较中部更易发生剪切破坏。数值模 拟结果和试验数据具有较好的一致性。成果表明， 本文的数值模拟方法可以更准确地模拟爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件 的破坏机理和研究构件抗爆 能力 。 关键词： 爆炸荷载； 钢筋混凝土构件； 数值模拟 ； 有限元算法 中图分类号 ： T U 3 5 2 1 ； T U 3 7 5 文献标 识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 8 1 9 3 3 ( 2 0 1 0 ) 0 60 0 1 0 6 Nu me r i c a l s i mu l a t i o n o f d y n a mi c r e s p o n s e o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e me mb e r u n d e r e x p l o s i v e l o a d Z U O Q i n g l i n ， L I U X i l a ( D e p a r t m e n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， S h a n g h ai J i a o t o n g U n i v e r s i t y ， S h a n g h a i 2 0 0 2 4 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Co ns i d e rin g t h e dy na mi c c o n s t i t u t i v e r e l a t i o ns o f c o n c r e t e a n d s t e e l wi t h h i g h s t r a i n r a t e s，a nu me ric a l mo d e l i nc l u di n g p o wd e r， RC me mb er a nd a i r i s i n t r od uc e d The wh o l e pr o c e s s o f d e t o na t i o n i mpa c t t o RC me mbe r c a u s e d b y p o i n t s o u r c e e x p l o s i o n a n d d y n a mi c r e s p o n s e o f RC memb e r i s s i mu l a t e d b y e x p l i c i t d y n am i c fin i t e e l e me n t s o f t wa r e LS DYNA Th e r e s u l t s h o ws t ha t t h e d e t o n a t i o n i mp a c t t o RC me mb e r i s c e n t e r e d o n t h e s u a c e c l o s e t o t h e b l a s t p o i n t ， an d t h e d i ff r a c t i mp a c t c a l l b e n e g l e c t e d T h e p r o pa g a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f s t r e s s wa v e s i n RC me mb e r a r e i r r e g u l a r ， t h e p e a k v alue o f s h e a r s t r e s s wa v e O C c u r s e a r l i e r t ha n fle x i b l e s t r e s s w a v e i n s a me p o s i t i o n T h e fr a gil e r e g i o n s o f R C m e m b e r a r e c o n c e r n e d w i t h t h e ma j o r d e t o n a ti o n i m p a c t p o s i t i o n ； t h e fl e x u r a l f a i l u r e o f R C me mb e r oc c u r s mo r e po s s i b l y a t t h e mi d d l e p o s i t i o n t h a n t h e e n d s ， w h i l e t h e s h e a r f ail u r e w o r k s v i c e v e r s a T h e n u me ric al s i mu l a t i o n r e s ult s a r e c o n s i s t e n t wi t h t h e e x p e ri me n t a l d a t a T h e n u me r i c al t e s t me t h od i n t r o d u c e d i n t h e p r e s e n t p a p e r a n n b e u s e d t o s i mula t e t he f ail u r e me c h a n i s m an d a n t i kn o c k a b i l i t y o f RC me mb e r u nd e r e x p l o s i v e l o a d mo r e p r e c i s e l y Ke y wo r d s ： e x p l o s i v e l o a d； r e i n f o r c e d c o n c r e t e me mb e r ； n u me ri c al s i mu l a t i o n ； f n i t e e l e me n t me t h od U 刖 舌 钢筋混凝土结构在爆炸荷载作用下发生的连续 性倒塌破坏， 往往是 由于结构 中的关键构件失效引 起的 J 。研究 爆炸荷载作用 下钢筋混凝土构件 的 动力性能并提高构件的抗爆能力 ， 可以有效地 提升 结构的整体安全水平。 爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件动力性能的研 究可以通过试验 、 理论分析或数值模拟方法来进行。 试验研究可以得到第一手资料 ， 是理论分析和数值 收稿日期 2 0 0 9 1 1 -0 3 作者简介 ： 左清林( 1 9 8 2一) ， 男 ， 辽宁大连人 ， 硕 士研究 生， 主要 从事 突发灾害下钢筋混凝土结构的易损性研究 。 基金项目： 国家自 然科学基金资助项 目( 5 0 3 7 8 0 5 4 ) E ma i l ： z u o q i n g l i n g ma i l e o m 模拟的基石， 试验数据 比较接近于真实情况， 但爆炸 试验在极短的时间内完成 ， 构件破坏 的详细过程和 机理性 问题 不一 定 能 掌握 。理 论 分 析 求解 规 模 小 、 计算精度高 ， 但需要建立在简化 的冲击荷载、 材料线 性本构关系、 几何小变形等假定条件下， 而实际情况 与假定条件并不完全相符 ， 因此 ， 很难得到工程上可 以直接应用的理论解 。相 比而言 ， 数值模拟方法可 以考虑构件受到的不规则爆轰冲击作用、 高应变率 下材料的非线性本构关系以及构件 的几何非线性等 问题 ， 可以较准确模拟爆炸荷载作用下构件动力响 应的全过程， 可以以此探索构件的破坏过程和机理 ， 这在一定程度上减少一些 昂贵的投资或探索一些完 全不可能进行 的试验结果 。 近年来， 采用数值模拟方法对爆炸荷载作用下 2 四川建筑科学研究 第 3 6卷 钢筋混凝土构件动力性能的研究虽有较多成果 ， 但 多数文献中将爆炸冲击荷载简化为均布于构件迎爆 面上的下降三角形冲击荷载 ， 这和实际并不相符， 如 果简化荷载取值不当， 则会影响数值模拟的准确性。 另外， 对于爆炸荷载作用下构件中应力波的传播特 性的研究工作也较少。本文拟使用显式动力有限元 软件 L S D Y N A， 考虑高应变率下混凝土和钢筋的动 态本构关系， 根据 已有试验数据对炸药 、 钢筋混凝土 构件以及两者之间的空气建立数值模型 ， 模拟空气 中点源炸药爆炸产生的爆轰冲击作用于钢筋混凝土 构件和构件动力响应 的全过程 ， 探索构件表面爆炸 荷载的作用特点和构件中应力波的传播特性 ， 并将 数值模拟结果和试验数据对 比， 以验证数值模拟方 法的准确性。 1 动力有限元算法的理论基础 建立模拟系统的动力学方程时， 除需要满足质 量守恒、 动量守恒和能量守恒 3个控制方程外 ， 还 要补充材料的本构关 系或状态方程， 以及系统的初 始条件和边界条件 ， 以上方程联立可得到系统的动 力微分方程。爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件的变 形较小 ， 适合用拉格朗日算法建立运动方程 ， 炸药和 空气在爆炸过程 中产生的变形很大， 适合欧拉算法 建立动力方程 ， 空气和钢筋混凝土构件的交界面需 要满足压力边界条件和速度边界条件来描述两者间 的流固耦合作用 。 求解动力方程可以采用显式积分或隐式积分的 方法。隐式积分法一般采用增量迭代法， 需要在每 个时间增量步内对平衡方程进行迭代求解 ， 需要求 解大型的线性方程组 ， 对计算资源的需求较大 ， 对于 存在内部接触的高度非线性动力学问题， 隐式算法 往往无法保证收敛。相比而言 ， 显式积分法采用差 分格式 ， 不用求解切线 刚度 ， 不需要进行平衡迭代 ， 不存在收敛控制问题， 并且对接触问题的求解等方 面也具有优势。因此 ， 对于本文研究 的爆炸荷载作 用下钢筋混凝土构件 的动力 响应问题 ， 本文采用显 式动力有限元法进行计算 。 2 材料模型和力学参数 爆炸荷载作用下的钢筋混凝土构件 内部会产生 强大的应力波， 应力波的作用时间极短， 混凝土和钢 筋材料的应变率和静态加载相 比， 应变率增加了千 万倍。其动态本构关系随着应变率的提高而变得复 杂， 因此 ， 有必要选择准确的高应变率下混凝土和钢 筋材料的动态本构关系。 2 1 混凝土的动态本构模型 H J C模型是 H o l mq u i s t T J 等人H 提出的混凝 土材料在高应变、 高应 变率 、 高压下 的动态本 构模 型， 其考虑了应变率效应和损伤度对材料本构关系 的影响， 能够较好地描述爆炸荷载作用下混凝土的 大变形、 高应变率及高压下产生的损伤、 破碎和断裂 等行为。由于 H J C模型形式简单、 概念清楚并且与 试验数据吻合较好等原因， 在实际中得到广泛的应 用 。 H J C模型主要由极限面和状态方程组成， 其等 效屈服强度是压力 、 应变率及损伤的函数 ， 而压力是 体积应变的函数 ， 损伤积累是塑性体积应变、 等效塑 性应 变 及压 力 的 函数。H J C模 型 的极 限 面是 由 J o h n s o n C o o k金属模 型改进 而来 的， 等效屈服强度 和损伤度的表达式为： = A( 1一D)+ P 1+C l n ( 1 ) 。 = ( 2 ) 式中 = o - f o 为等效屈服强度 ； P =尸 为无 量纲压力 ； = 。为无量纲应变率 ； T =T f c 为 无量纲最大拉伸静水压力； ( jr 为实际等效压力 ； P为 单元 内的静水压力 ； T为材料的最大抗拉强度 为 材料准静态单轴抗压强度 ， 为应变率 ； =1 0 s 为参考应变率 ； 材料常数 A是特征化粘性强度 ； 是 特征化压力硬化系数 ； C是应变率影响系数 ； 是压 力硬化系数； D是损伤度 ； D 和 D ： 是损伤参数 ； 5 8 和 分别代表在一个积分步长内单元的等效塑性 应变和塑性体积应变。 2 2钢筋的动态本构模型 J o h n s o n C o o k金属 模 型是 J o h n s o n等 人 提 出 的 以经典弹塑性理论为基础并考虑应变率效应和温度 效应的金属动态本构模型。在塑性阶段， J C模型 的本构关系表达式如下： = +B( s ) ( 1+c 1 n 1 ) ( 1一 ) ( 3 ) 式中A， B， C ， n为材料参数 ， 由试验确定 ； 占 和 分别为塑性应变和塑性应变率 ； 。 为参 考应 变率 ， 一 般取 =l s ； T =( T T r ) ( T m T r ) ， 其中 为环境温度 ， 为室温 ， 为熔点温度。当环境温 度和室温接近且变化不大时， 可以忽略温度项的修 正 ， 即只考虑应变率效应的简化 J C模型。 2 3炸药和空气的状态方程 炸药采用 J wL状态方程描述 ， 它可以很好地 2 0 1 0 N o 6 左清林， 等 ： 爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件动力响应的数值模拟 3 描述炸药爆炸产生的爆轰压强与相对体积的关 系， 且具有明确的物理意义 ， 其表达式如下 ： P =A ( 1一 ) e +B( 1一 ) e + ( 4 ) 式中P是爆轰压强 ； E是炸药 内能； V是 当前相对 体积 ； A， B， R ， R 和 是 J WL状态方程参数 ， 其值 由试验确定 。 空气采用线性多项式状态方程来 描述 J 。理 想气体的线性多项式状态方程如下 ： P =( y一1 ) ( 5 ) 对于空气 ， 其初始密度 P 。 取 1 2 9 g e m ， y为 等熵绝热指数取 1 4 ， 材料内能 E为 0 2 5 J 。 3 数值模型的建立 本文以文献 7 中的试验方案 1 作为验证数值 模型的案例。2层钢筋混凝土柱全长 1 8 0 c m， 单层 高 9 0 c m， 柱的截面尺寸和配筋情况如图 1 所示 ， 纵 向钢筋为 8根 D 5钢筋， 箍筋为 W0 5钢筋， 箍筋 间 距 9 c m。半球体高能炸药 c 一 4质量 7 0 8 2 k g ， 球心 距地面高 2 2 5 c m， 炸药球心 与钢筋混凝土柱迎爆 面的距离为 1 5 4 e m， 炸药与柱之间无障碍物。混凝 土材料的密度为 2 2 4 0 k g m ， 无侧限抗压强度为 4 O MP a ， 静态弹性模量为 2 8 G P a ， 混凝土 的 I - B C动态 本构模型参数按照文献 8 的方法确定 ； D 5钢筋截 面面积为 3 2 m m ， W0 5钢筋截面面积为 3 2 m m ， 两种钢筋材质相同， 密度为7 8 5 0 k g m ， 屈服强度为 4 5 0 M P a ， 极限强度为 5 1 3 M P a ， 静态弹性模量为2 0 6 G P a ， 钢筋 的简化 J o h n s o n C o o k动态本构模 型的参 数参 照 文 献 9 确 定 ； C 4 炸 药 的 密 度 为 1 6 5 0 k g m ， 爆轰传播速度为 8 2 0 0 m s ，C _ 4炸药 的 J WL 状态方程取 自文献 6 的实验数据 。 T 迎爆 面 图 1 钢筋混凝土柱横截面配筋 Fi g 1 Re i nf o rc e me nt a s s e mb l y o n c r o s s s e c t i on of RC c o l umn 数值模型以过炸药 中心和钢筋混凝土柱中心线 的面对称 ， 为了减少计算单元数量 ， 提高计算效率， 只建立对称面一侧的数值模型， 并在对称面上施加 对称约束条件 ； 空气区域较大， 只对炸药和构件之间 以及周围的区域建立模型 ， 并在空气截断面上施加 无反射边界条件 ， 数值模型的尺寸如图2所示。 钢筋混凝土桩 声 气 l Z 琴 t xLY I 8 8 c m 6 e ra 。 r 1 5 4 c m 2 6 4 c m 图2 试验方案 1的数值模型尺寸 Fi g 2 Di m e n s i on o f nu m e r i c al m o de l of t e s t i ng pr o g r a m 1 经过比较 ， 构件 中的混凝 土 以边 长 1 1 c m 的 S O L I D1 6 4六面体单元进行网格划分 ， 钢筋采用 1 1 c m长 的 L I N K 1 6 7杆单元划分 网格 ， 钢筋单元 和混 凝土单元采用共用节点模拟两者问的无滑移粘结。 半球体 c _ 4炸药采用 S O L I D 1 6 4六面体单元划分网 格 ， 划分时先将半球体等分 4份， 再使用结构网格划 分以保证网格的均匀性。空气 网格边长小于 4 c m 时 ， 虽然空气中爆轰冲击压强的模拟结果仍有差异， 但构件中应力波的传播情况和构件的变形 已经没有 差别 ， 因此 ， 空气使用边长为 2 2 e m的 S O L I D 1 6 4体 单元进行 网格划分 ， 空气与炸药、 构件表面上的单元 网格重合 。1 层钢筋混凝土柱 的底部受到地面的固 定约束 ， I层柱和 2层柱顶部受到 的楼板支撑力用 弹塑性 的 C O MB I 1 6 5弹簧单元模拟 ； 地面使用平板 刚体模拟； 钢筋和混凝土柱的结构阻尼影响系数按 常规取为 0 0 5 ， 以模拟钢筋混凝土柱中应力波传播 过程中的衰减现象。 4结果对 比分析 4 1 爆轰冲击作用分析 图 3和图 4分别是炸药起爆后不同时刻空气中 的爆轰冲击波压强在数值模型对称面和距地面高度 2 5 e m平面上 的分布图。由图可以看 出， 炸药爆 炸 产生的爆轰冲击波 以起爆点为 中心向四周传播 ， 在 地面附近受到地面的反射作用增强 ； 随着传播距离 的增加 ， 冲击波阵面上的压强峰值逐渐减小 ； 1 层柱 底部区域的迎爆面最先受到了空气中爆轰冲击波的 4 四川建筑科学研究 第 3 6卷 作用 ， 随后受 冲击的区域从 1层柱底部向上扩展 ； 柱 迎爆面处的爆轰冲击波压强峰值由于迎爆面的反射 作用而显著增大 ， 固体构件内产生了弯 曲和剪切应 力波 ； 柱的两侧面与爆轰冲击波的传播方向平行 ， 两 侧面受到的爆轰冲击波压强大小相等方 向相反， 对 构件的合力为0 ； 随着爆轰冲击波的继续传播， 柱背 爆面受到了绕射冲击波作用 ， 绕射冲击波压强峰值 比同高度迎爆面处 的冲击波峰值小一个数量级， 相 比可以忽略构件背爆面受到的绕射冲击作用 。 ( c ) t =0 9m S 图 3 爆轰压 强在数值模型对称面上 的分布 F i g 3 De t o n a t i o n p r e s s u r e d i s t r i b u t i o n o n t h e s y mm e t r y pl an e of nume r i c a l mo de l ( a ) t 0 4 ms ( b ) f 0 6 rn s ( c ) t 0 9ms 图4 爆轰压强在 距地 面高度 2 5 c m平面上的分布 Fi g 4 De t o na t i o n pr ess u r e di s t ribu t i o n on t he pl ane o f 2 5 锄he i g ht a bo ve t he g r ou nd 图 5是柱迎爆面上 3个测点的爆轰 冲击波压强 时程曲线的模拟结果和试验数据对 比图，3个测点 B C 1 ， B C 3和 B C 4分别距地面高 3 5 c m， 7 5 a m和 1 3 5 c m。对 比可以看出 ， 模拟结果和试验数据在爆轰冲 击波压强的持续作用时间上 比较一致， 而压强峰值 有一定差异。靠近地面的 B C 1传感器的模拟压强 峰值稍大于实测值 ， 而离地面较远的 B C 3和 B C 4传 感器的模拟压强峰值则小于实测值。 时间 ms ( a ) B C1 时间 m ( c ) B C4 图 5 模拟和实测压强时程 曲线对 比 Fi g 5 Co mpar i s on o f me a s ur e d a nd s i m u l a t ed p r e s s u r e - t im e i n t e r v a l c u r v e 估计爆轰冲击波压强峰值的模拟结果和实验数 据存在差异的主要原因： 一是炸药爆炸产生 的爆轰 冲击波有很大的离散性 ， 重复同一爆炸试验 的测量 结果很难保证是一致的； 二是爆轰冲击波对构件的 作用时间只有几毫秒 ， 传感器 的灵敏度可能引起测 量误差 ； 三是数值模型中空气网格 的划分尺寸会影 响到爆轰冲击波压强的模拟结果， 减小空气网格尺 寸可以得到更接近试验数据的空气中爆轰冲击波压 强模拟结果。前面已指出， 采用 2 2 c m 的空气网格 时已经可以准确模拟构件 的动力响应 ， 并且本文中 构件迎爆面爆轰冲击波压强的模拟结果和文献 7 薹 积 似 、 喂 2 0 1 0 N o 6 左清林 ， 等： 爆炸荷载作用下钢筋混凝土构件动力响应的数值模拟 5 中美国陆军工程研究与开发中心的数值模拟结果接 近。总体而言， 数值模型对构件表面爆轰冲击波压 强的模拟结果和试验数据符合得较好。 4 2 钢 筋混凝 土构件 动力 性能分 析 钢筋混凝土柱的底部区域最先受到爆轰冲击作 用后 ， 构件的受冲击部位产生 了强大的弯 曲和剪切 应力波并向两端传播 ， 随着构件迎爆 面更多区域相 继受到爆轰 冲击作用， 受冲击部位不断产生新应力 波和传播中的应力波叠加， 并在构件端部产生反射。 影响构件中弯曲和剪切应力波传播特性的因素有很 多 ， 比如构件迎爆面受到爆轰冲击作用的时空分布 不规则 ， 高应变率下钢筋和混凝 土材料的非线性本 构关系导致弯曲和剪切应力波的传播速度依赖于应 力波强度， 弯曲横波和剪切纵波 的传播速度不 同并 且相互影响等， 这些导致构件 中传播的弯曲应力波 和剪切应力波呈现较不规则 的特性。 图 6是在 2 层钢筋混凝土柱中纵向钢筋在各层 柱 中和柱端位置的轴力时程曲线， 它代表 了构件中 弯曲应力波的传播情况 。图7是相同位置的混凝土 的剪应力时程曲线， 它代表 了构件中剪切应力波 的 传播情况。由图可以看 出， 弯 曲和剪切应力波都 随 着时间的增加而逐渐衰减 ， 这说明应力波在传播过 程中由于固体介质 阻尼 的存在而产生了衰减 ； 构件 同一位置处的剪切应力波都要早于弯曲应力波达到 峰值 ， 若构件发生破坏则会先发生剪切破坏而后发 生弯 曲破坏 ； 1 层柱底部位置 的弯 曲应力波和剪切 应力波峰都明显大于其他位置 ， 而构件受到 的爆轰 冲击作用也集中于此处， 这说 明构件的易损部位和 爆轰冲击 的主要作用位置有关。图 6中 2层柱 中部 ( 1 3 5 c m高处) 弯曲应力波峰值大于 2层柱底部( 9 0 c m高处 ) ， 而受到的爆轰 冲击作用却小于 2层柱底 部， 这说明梁柱构件 的中部较端部更易发生弯曲破 坏。图 7中 1 层柱 中部( 4 5 c m高处 ) 受到的爆轰 冲 击作用小于2 层柱底部 ( 9 0 c m高处 )， 而两 者 间的 时 间 ms 图 6 柱的不 同位置处纵 向钢筋轴力时程曲线 Fi g 6 Axi a l f or c e - t i m e i nt e r v a l c ur v e s o f l ong i t udi n al r e i n f o r c e m e n t a t d i f f e r e n t l o c a t i o n s o f t h e c o l u m n 1 0 5 0 襁 5 1 0 时 间 ms 图7 柱的不同位置处混凝土剪应力时程曲线 F i g 7 S h e a r s t r e s s t im e i n t e r v a l c u r v e s o f c o n c r e t e a t d 如F e r e nt l o c ation s o f t he c o l u m n 剪切应力波峰值大小却很接近 ， 这说明梁柱构件的 端部较中部更易发生剪切破坏。 最后， 对爆炸荷载作用下钢筋混凝土柱 的位移 响应的模拟结果和试验数据进行对比。图 8是 2层 柱各层最大变形处的位移时程曲线 ， 1层柱产生最 大位移位置距离地面高 6 0 c m， 2层柱则在距地面高 1 2 5 c m处 。由图可见 ， 构件受到爆轰冲击作用后很 快就产 生了最大位移 ， 1层柱在起爆后 1 6 2 ms 左 右产生 了 0 3 2 c l n的最大位移， 而 2层柱在起爆后 2 3 ms 左右产生了 0 1 9 c m的最大位移。由于爆轰 冲击作用的逐渐减 弱和构件 中结 构阻尼的存 在， 2 层柱的位移都逐渐减小， 但 1层柱 的衰减要快于 2 层柱。这主要是因为 1 层柱底部 的固定约束 比2层 柱底部的铰接约束对爆轰 冲击有更好 的耗能作用。 第 1 层和第 2层柱 的位移最终都趋 于 0 ， 构件没有 发生明显的破坏， 这与文献 7 中的试验结果是一 致的。数值模型对爆炸荷载下构件动力响应的模拟 结果和试验数据符合得较好。 图 8 各层柱最大变形处的位移时程 曲线 Fi g 8 Dpl ac e m e nt t i m e i nt e r v al c ur v e s o at di ffe r e nt l o c at i o ns o f e a c h c o l u m n 5 结 论 采用显式动力有限元软件 L S D Y N A， 对空气 中 点源炸药爆炸产生的爆轰冲击作用于钢筋混凝土构 件和爆轰荷载作用下构件动力响应的全过程进行了 数值模拟 ， 得到如下主要结论。 ( 1 ) 采用的高应变率下混凝土的 H J C动态本构 6 四川建筑科学研究 第 3 6卷 模型和钢筋的 J o h n s o n C o o k动态本构模型能较准确 地反映爆炸荷载作用下钢筋混凝土材料的非线性本 构关系。 ( 2 ) 通过对炸药 、 钢筋混凝土构件和两者之间 的空气建立数值模型进行模拟计算 ， 得到了钢筋混 凝土构件表面的爆轰冲击压强时程曲线， 爆炸荷载 作用下构件中弯曲和剪切应力波的时程 曲线 ， 以及 构件的最大位移时程曲线 ， 基本反映 了爆炸荷载作 用下钢筋混凝土构件动力响应的实际情况。 ( 3 ) 数值模拟再现了钢筋混凝土构件表面受到 爆轰冲击过程的演化图像， 清晰地反映出构件受到 爆轰冲击的作用区域主要集 中在构件迎爆面， 而构 件背爆面受到的绕射冲击波压强峰值比同高度迎爆 面处小一个数量级 ， 相 比可以忽略构件背爆 面受到 的绕射冲击作用。 ( 4 ) 钢筋混凝土构件中传播的弯 曲应力波和剪 切应力波呈现较不规则 的特性 ， 同一位置的剪切应 力波峰值要早于弯曲应力波 出现， 构件的易损部位 和爆轰冲击的主要作用位置有关 ， 构件 中部较端部 更易发生弯曲破坏 ， 而端部较 中部更易发生剪切破 坏 。 ( 5 ) 数值模拟结果 和试验数据 有较好 的一致 性 ， 这表明本文的数值试验方法可以作为爆炸荷载 作用下钢筋混凝土构件的破坏机理和构件抗爆能力 的研究的辅助分析手段。通过可多次计算的数值试 验 ， 为有限的试验资料提供补充参考 ， 可以得到一些 对实际工程有指导意义的规律。 参 考 文 献 ： 1 X u J u n x i a n g ， I li u X i la A t w o s t e p a p p r o a c h t o p ro g re s s i v e c o l - l a p s e a n a l y s i s o f b u i l d i n g s t r u c t u r e s u n d e r b l a s t l o a di n g J J o u r - n a l o f s h a n g h a i j i a o t o n g u n i v e r s it y ( s c i e n c e ) ， 2 0 0 9 ， 1 4( 4 ) ： 3 9 3 3 9 7 2 刘西拉 结构工程学科 的现状与展望 M 北京 ：人 民交通 出 版社 ，1 9 9 7 3 白金泽 L S D Y N A 3 D理论基础与实例分析 M 北京： 科学出 版社 ， 2 0 0 5 4 Ho l m q u i s t T J ， J o h n s o n G R， C o o k W HA c o m p u t a t i o n a l e o n s t i t u t i v e mo d e l f o r c o n c r e t e s u b j e c t e d t o l a r g e s t r a i n s ， h i s h s t r a i n r a t e s ， a n d h i g h p r e s s u r e s s 1 4 t h I n t e r n a t i o n al S y mp o s i u m o n B a l l i s t i c s ， 1 9 9 5： 5 91 -60 0 5 H a l l q u i s t J o h n 0 L S D Y N A 3 D k e y w o r d u s e r s m a n u al M L i v e r - mo r e S o f t wa r e Te e h n o l o g Co r p o r a t i o n， 2 0 0 3 6 Wa l d e ma r A T r z e i n s k i ，S t ani s l a w C u d z i l o a w C h a r a c t e r i s t i c s o f g h E x p l o s i v e s O b t a i n e d f r o m C y l i n d e r T e s t D a t a J C h i n e s e J o u rna l o f E n e r g e t i c Ma t e r ials ， 2 0 0 6 ， 1 4( 1 ) ： 1 - 7 7 S t a n l e y C ， Wo o d s o n ， J a m e s T B a y l o t S tr u c t u r a l C o l l a s p e ： Q u a r t e r S c a l e M ode l E x p e r i me n t s R E n g i n e e r i n g R e s e a r c h a n d D e v e l o p me n t Ce n t e r ， T e c h n i c al Re p o S L- 9 9 - 8， 1 9 9 9 8 张风 国， 李恩征 混凝土撞击损伤模型参数 的确定方法 J 弹 道学报 ， 2 0 0 1 ， 1 3 ( 4 ) ： 1 2 1 6 9 林峰， 顾祥林 ， 匡昕昕， 印小晶 高应变率下建筑钢筋 的本构 模型 J 建筑材料学报， 2 0 0 8 ， 1 1 ( 1 ) ： 1 4 -2 0 欢迎订阅 四川建 筑科学研究 杂 志 四川建筑科学研究 创刊于 1 9 7 5年 ， 由四川省建筑科学研究院主办 ， 人选 “ 中国科技论文统计源核心 期刊” 、 “ 中文建筑科学类核心期刊” 的建筑科技期刊， 亦是 四川省优秀期刊， 已加入“ 万方数据( C h i n a I n f o ) 系统 科技期刊群 ” 、 中国学术期刊( 光盘版 ) 和“ 中国期刊网” 等。主要反映建筑科研 的成果及其推广应 用 ， 反映建筑科技最新发展 ， 可供从事土木建筑工程的科研、 设计 、 施工生产和基建单位的科技人员及建筑类 大专院校师生阅读。2 0 0 5年， 成立 了首届编委会 ， 有幸聘请到赵国藩院士 、 陈肇元院士、 沈世钊 院士、 吕志涛 院士、 谢和平院士和郑颖人院士等多位知名专家、 教授担任本刊编委 ， 为本刊的发展出谋划策。 四川建筑科学研究 主要栏 目有： 建筑结构 ， 建筑物鉴定、 加固与耐久性。 地基与基础， 建筑材料， 建筑 抗震 ， 建筑设计与节能， 施工及管理等。 四川建筑科学研究 为双月刊 ， 国际大 l 6开本 ， 双月末 2 5日出版 ， 国内外公开发行 ， 每期定价 l 2 0 o 本 ， 全年订价 7 2 0 0元。四川建筑科 学研究 编辑部 ， 电话 ： ( 0 2 8 ) 8 3 3 7 0 4 1 7 ， 8 3 3 7 1 8 0 5 ， E m a i l ： b j b s c j k y c o rn c n ， b j b s c j k y c n 。全 国各地邮政局( 所) 均可订阅， 如漏订 ， 也可直接向本刊编辑部邮购。 。 I I S SN 1 0 081 9 3 3 刊 丐： 石 7 而 地 址： 四川省成都市金牛区一环路北三段