第九章 混凝土结构在冲击荷载下的性能
混凝土结构基本原理 第九章 构件受冲切和局部受压性能
局部受压净面积 2a Ac Al
Flu 0.9c l fc Aln
局部受压时的计 算底面积
Fl
A
r
l
Ab 局部受压时的强度提高系数 Al
2b
z
A
五、混凝土构件局部受压性能
2. 不配附加钢筋的局部受压承载力
Ab的确定——原则是Ab和Al同心对称
b b b b b Al 2a a Fl Ab Al b b b Ab Ab Al Al Ab A
局部荷载或集中反力作 用面积形状的影响系数 Flu
V=uA 45º0.7V=0.7ftA
1.2 1 0.4 s min 0.5 s h0 2 4um
临界截面周长与板截面有 效高度之比的影响系数
h0/2
二、无抗冲切钢筋板的冲切性能
1. 抗冲切承载力
Ac
Ab= Al
r z
A
Ab= Al Al
aaa
2b
五、混凝土构件局部受压性能
3. 配置附加钢筋的局部受压承载力
承载力计算公式
混凝土强度等级不超过 C50，取1.0；为C80，取 0.85，其间线性插值
钢筋范围内混凝土核芯面积 (从最外侧间接钢筋的外表 面算起) Flu
Acor Al
Flu 0.9(c l fc 2lv v cor f y ) Aln
若不满足改变截面尺寸或加柱帽
若Fl 0.7 f tumh0 , 可不配置抗冲切钢筋
按承载力公式计算抗冲切钢筋的用 量，且应满足构造要求
四、抗冲切承载力计算公式应用
2.既有构件的承载力计算
0.7 f tum h0 Flu max 0.5 f tum h0 0.8 f yv Asvu , 或 0.5 f tum h0 0.8 f y Asbu sin
钢筋混凝土在冲击载荷下的动态力学性能
钢筋混凝土在冲击载荷下的动态力学性能作者：姜芳， 陈涛， 宁建国， JIANG Fang， CHEN Tao， NING Jian-guo作者单位：姜芳,JIANG Fang(北京林业大学,工学院,北京,100083)， 陈涛,CHEN Tao(山东省肥城市公路局)， 宁建国,NING Jian-guo(北京理工大学,宇航科学技术学院,北京,100081)刊名：材料工程英文刊名：JOURNAL OF MATERIALS ENGINEERING年，卷(期)：2009(3)1.杨桂通塑性动力学 19982.姜芳钢筋混凝土材料动态力学性能的实验研究[学位论文] 20033.FOWLES R Dynamic Response of Material to Intense Impulsive Loading 19724.经福谦实验物态方程导引 19995.SEAMANN L Lagrange analysis for multiple stress or velocity gauges in attenuating waves 1974(10)6.FOWLES R;WILLIAMS R F Plane ware propagation in solids[外文期刊] 1970(01)7.GROTE D L;PARK S W;ZHOU M Dynamic behavior of concrete at high strain rates and pressures:I experimental characterization[外文期刊] 2001(9)8.陈江瑛;黄旭升;王礼立混凝土的动态损伤演化 20009.陈大年;HASSANI STS;尹志华混凝土的冲击特性描述[期刊论文]-爆炸与冲击 2001(02)10.胡时胜;王道荣混凝土材料动态本构关系 2000本文链接：/Periodical_clgc200903011.aspx。
混凝土的抗冲击性能及设计方法
混凝土的抗冲击性能及设计方法随着城市化进程的加快以及自然灾害的频发，对建筑结构的耐久性和安全性提出了更高的要求。
而混凝土作为一种常用的建筑材料，其在抵抗冲击载荷下的性能表现尤为重要。
本文将探讨混凝土的抗冲击性能及设计方法，并提供一些设计建议。
一、混凝土的抗冲击性能混凝土作为一种非常具有韧性的材料，具有较好的抗冲击能力。
其抗冲击性能主要取决于以下几个因素：1. 强度：混凝土的抗冲击性能与其抗压强度密切相关。
强度较高的混凝土能更好地抵御冲击载荷，减缓冲击力对结构的破坏。
2. 韧性：混凝土的韧性指其在受到冲击载荷时的延性表现。
具有良好韧性的混凝土能够吸收冲击能量，在一定程度上减缓冲击力对结构的损伤。
3. 密实度：混凝土的密实度与其抗冲击性能有关。
密实度高的混凝土能够更好地分散和承受冲击载荷，从而减轻对结构的影响。
二、混凝土的抗冲击设计方法为了保证混凝土在冲击载荷下的稳定性和安全性，设计人员需要采取一些措施来提高其抗冲击性能。
以下是一些常用的设计方法：1. 加强混凝土强度：增加混凝土的抗压强度可以提高其抗冲击性能。
在混凝土配比设计中，可以选择更高强度的水泥和骨料，并控制适量的水灰比，以提高混凝土的强度。
2. 采用纤维增强混凝土：纤维增强混凝土是在混凝土中加入钢纤维、聚丙烯纤维等增强材料，以提高混凝土的韧性和抗冲击性能。
这种方法能够有效地增强混凝土的抗裂性能，减轻冲击载荷对结构的影响。
3. 设计合理的结构形式：合理的结构形式对混凝土结构的抗冲击性能有着重要影响。
例如，在设计防爆建筑时，可以采用抗震设计的原则，增加结构的稳定性和抗冲击能力。
4. 考虑冲击载荷的大小和方向：在混凝土结构的设计中，需要考虑冲击载荷的大小和方向。
通过合理的结构布置和选取合适的材料，可以减轻冲击力对结构的作用。
5. 定期检测和维护：为了保证混凝土结构的抗冲击性能，需要定期进行检测和维护。
及时修补损坏部位，保持混凝土结构的完整性和稳定性。
钢筋混凝土结构受冲击的力学行为研究
钢筋混凝土结构受冲击的力学行为研究钢筋混凝土是建筑结构中最常用的材料之一，在建筑设计和施工中扮演着重要的角色。
然而，在建筑物受到外部冲击时，如地震、爆炸等，钢筋混凝土的力学行为会发生很大变化，极大地影响建筑物的稳定性和安全性。
因此，研究钢筋混凝土结构受冲击的力学行为，对于提高建筑物的抗冲击能力和防灾能力具有十分重要的意义。
钢筋混凝土受冲击的常见形式包括爆炸冲击、地震冲击和风载荷冲击等。
其中，爆炸冲击是最常见和最危险的一种冲击形式，因为爆炸威力大、范围广，会给建筑物造成严重的损伤。
另外，地震和风载荷冲击也是建筑物受冲击的常见形式，尤其是在地震多发地区和海岸地区。
钢筋混凝土结构在受冲击时，会发生很多力学行为，如压缩破坏、剪切破坏、弯曲破坏、撕裂破坏等。
其中，压缩破坏和剪切破坏是最常见的两种破坏形式。
压缩破坏是指混凝土在受到冲击载荷时，由于强度不够而发生破坏。
剪切破坏则是指混凝土在冲击载荷作用下发生剪切破坏的过程。
此外，钢筋混凝土结构在受冲击时还会发生弯曲破坏和撕裂破坏。
为了更好地了解钢筋混凝土结构受冲击的力学行为，需要进行大量的实验和数值模拟研究。
目前，国内外已经有很多学者对该问题进行了深入研究，提出了许多有用的结论。
例如，前人研究发现，钢筋混凝土结构在受到冲击载荷时，受力方式与静态荷载下的受力方式不同。
在静态荷载下，混凝土会均匀地受到压力，而在冲击载荷下，混凝土受力则会集中在冲击载荷作用的位置。
此外，前人研究还发现，强度较高的混凝土能够提高钢筋混凝土的抗冲击性能，并且混凝土的粘结强度和粘结长度也会影响钢筋混凝土的抗冲击能力。
除了实验研究外，数值模拟也是研究钢筋混凝土结构受冲击的重要手段之一。
数值模拟可以通过建立钢筋混凝土的数学模型，模拟其在受到冲击载荷下的力学行为，从而预测其响应和破坏过程。
通过数值模拟可以有效地降低实验研究的成本和时间，同时也能够更好地理解钢筋混凝土结构在受冲击时的力学行为。
近年来，有越来越多的学者使用数值模拟方法研究钢筋混凝土结构受冲击的力学行为，取得了一些有价值的成果。
混凝土在冲击载荷下的破坏机理和防护设计
混凝土在冲击载荷下的破坏机理和防护设计一、引言混凝土是建筑工程中常用的材料之一，其强度和耐久性都非常好，但在受到冲击载荷时容易发生破坏，给建筑物带来极大安全隐患。
因此，研究混凝土在冲击载荷下的破坏机理和防护设计具有重要意义。
二、混凝土在冲击载荷下的破坏机理1.冲击载荷的特点冲击载荷是指在极短时间内对物体施加的巨大力量，其特点是强度高、载荷时间短、载荷面积小、载荷方向复杂等。
2.混凝土的破坏模式混凝土在受到冲击载荷时，可能会出现以下几种破坏模式：(1)直接破坏：指混凝土在受到冲击载荷时，直接发生破坏，表现为混凝土表面出现裂缝和碎片。
(2)间接破坏：指混凝土受到冲击载荷时，由于其内部的应力分布不均匀，导致混凝土表面出现裂缝和碎片。
(3)剪切破坏：指混凝土在受到冲击载荷时，由于其内部的剪切应力过大，导致混凝土发生剪切破坏。
(4)压缩破坏：指混凝土在受到冲击载荷时，由于其受到的压缩应力过大，导致混凝土发生压缩破坏。
3.混凝土的破坏机理混凝土在受到冲击载荷时，其破坏机理主要有以下几个方面：(1)动态应力效应：冲击载荷的载荷时间短，导致混凝土内部应力分布不均匀，从而引起动态应力效应。
(2)弹塑性变形：混凝土是一种具有弹性和塑性特性的材料，受到冲击载荷时，其表现为弹性变形和塑性变形。
(3)惯性效应：冲击载荷在短时间内施加给混凝土，在惯性效应的作用下，混凝土内部出现动态应力，从而导致其破坏。
(4)破坏面形态：混凝土在受到冲击载荷时，其破坏面形态不规则，会引起混凝土表面的裂缝和碎片。
三、混凝土在冲击载荷下的防护设计混凝土在冲击载荷下容易发生破坏，因此需要采取相应的防护措施，下面介绍几种常见的防护设计方法：1.增加混凝土厚度：增加混凝土厚度可以增加其对冲击载荷的抵抗能力，从而减小破坏的可能性。
2.加固混凝土结构：通过在混凝土结构中加入钢筋等材料，可以提高其整体强度和稳定性，从而减小破坏的可能性。
3.采用防护层：在混凝土表层涂上防护层，可以提高其表面硬度和耐磨性，从而减小破坏的可能性。
冲击荷载作用下预应力混凝土梁的力学性能研究
冲击荷载作用下预应力混凝土梁的力学性能研究预应力混凝土结构作为十九世纪的一个重大发明被广泛地应用于大跨度、高层以及复杂的结构当中。
预应力混凝土梁在高速冲击作用下其强度本构关系与破坏性能显示出明显的与加载速率密切相关的特征。
随加载速率的提高,预应力混凝土梁的动力强度有明显的增高,即率相关效应,这一现象对大型结构的动力安全稳定性评价具有重大意义。
本文以落锤与预应力混凝土梁冲击为例,研究其动力本构关系与应变率的关系,观察不同速率的损伤断裂过程与破坏形态。
主要研究内容如下:(1)设计并制作了一台落锤冲击试验机,该落锤装置能够获得足够的能量以满足试验需求。
进行试验前,通过冲击条件测试,调整并确定了较为合适的铝锤头和铝垫片,并通过相关试验验证了冲击的稳定性和重复性,试验结果表明,该落锤装置具有较好的重复性与稳定性。
(2)完成一组预应力混凝土梁和素混凝土梁的静力试验,试验获得了试块在静力加载下的承载力、跨中位移以及破坏形态。
试验结果表明,素混凝土梁的静力承载力要远小于预应力混凝土梁。
(3)利用落锤冲击试验机,进行了预应力混凝土梁的横向冲击试验,试验中应变率范围为1s-1-3s-1。
试验的主要参数包括落锤冲击高度和质量、预应力以及配筋率。
同时,完成了一组素混凝土梁的冲击试验进行对比。
试验中采用高速摄像仪记录了冲击过程,通过测量记录了力时程曲线、加速度时程曲线、应变时程曲线以及试块受拉区的裂纹宽度。
试验结果表明,随着落锤质量和下落高度的增加,输入能量增加,试块受拉区的裂纹宽度越大;通过提高预应力和配筋率能够有效地延后试块裂纹的产生,并抑制裂纹的发展。
(4)统计分析了试验中系统的输入能量和预应力混凝土梁所吸收的能量,发现落锤在冲击试块的过程中存在着能量的损耗,包括铝锤头、铝垫片和力传感器发生塑性变形所消耗的能量。
同时,对冲击过程的能量转化作了简单的分析。
(5)采用三维离散元软件PFC3D对预应力混凝土梁的落锤试验进行了模拟,取得了比较好的效果。
冲击荷载作用下混凝土动力性能试验研究及有限元分析
冲击荷载作用下混凝土动力性能 试验研究
实验目的
本实验旨在研究冲击荷载作用下混凝土的动力性能，探讨其损伤和破坏过程， 为混凝土结构的抗冲击设计提供理论依据。
实验原理
冲击荷载作用下混凝土动力性能的研究涉及应力波在混凝土中的传播与衰减。 当冲击荷载作用于混凝土时，将产生应力波，该波在混凝土中传播并导致应力和 应变的动态变化。本实验主要冲击荷载作用下混凝土的动态抗压强度、阻尼比等 参数。
3、在相同冲击荷载作用下，配 筋率较高的梁其裂缝数量和宽度 均小于配筋率较低的梁。
1、冲击荷载对钢筋混凝土梁的抗压强度和屈服强度具有提升作用，但该提 升作用随梁的厚度和配筋率的增加而减小。
2、钢筋混凝土梁在冲击荷载作用下容易出现裂缝，且裂缝的数量和宽度随 着冲击能量的增加而增加。
3、增加梁的配筋率可以减少裂缝数量和宽度，提高梁的耐久性和安全性。
有限元分析
有限元分析作为数值模拟方法，可以有效地模拟混凝土在冲击荷载作用下的 动力性能。通过有限元分析，可以进一步探讨混凝土的应力分布、裂缝扩展等现 象。
有限元模型的建立
本分析采用有限元软件建立混凝土模型，根据实验结果设定材料属性、边界 条件和冲击荷载。模型中采用弥散裂缝模型模拟混凝土的裂缝扩展。
实验材料和方法
本实验采用C30混凝土，将制备好的立方体试件置于冲击试验机上，通过控 制冲击速度和冲击能量，对其进行冲击加载。实验过程中记录试件的动态抗压强 度、应变等数据，并观察试件的损伤和破坏过程。
实验结果
通过实验，我们得到了不同冲击速度和能量下混凝土的动态抗压强度、阻尼 比等数据。结果表明，冲击速度和能量对混凝土的动力性能有显著影响。随着冲 击速度的增加，混凝土的动态抗压强度和阻尼比逐渐增大。此外，试件在冲击过 程中出现了裂缝，且随着冲击能量的增加，裂缝数量和长度均有所增加。
钢筋混凝土构件在抗冲击荷载下的响应研究
钢筋混凝土构件在抗冲击荷载下的响应研究摘要：钢筋混凝土（Reinforced Concrete，简称RC）是一种常用的结构材料，广泛应用于建筑和桥梁等工程领域。
在一些特殊情况下，如地震、爆炸、冲击等极端荷载作用下，钢筋混凝土构件的性能和行为会发生较大的改变。
针对抗冲击荷载下钢筋混凝土构件的响应情况进行研究，可以为设计更加安全可靠的工程结构提供重要参考。
1. 引言钢筋混凝土构件具有较强的抗压和抗拉强度，同时具备良好的耐久性和可塑性。
然而，当遭受冲击荷载时，构件的受力状态将发生明显变化，可能出现塑性变形、开裂甚至破坏。
因此，研究在抗冲击荷载下钢筋混凝土构件的响应是至关重要的。
2. 冲击荷载的分类和特点冲击荷载是指突然或瞬间作用到构件上的大量动能，具有高能量和短时间的特点。
根据冲击荷载的性质和来源，可将其分为自然冲击和人工冲击两种类型。
自然冲击包括地震、洪水等自然灾害，而人工冲击则是指爆炸、碰撞等人为因素引发的冲击。
3. 钢筋混凝土构件在抗冲击荷载下的行为在抗冲击荷载作用下，钢筋混凝土构件的行为表现为动力响应和能量耗散过程。
构件内部的钢筋和混凝土将共同承担受力，可能发生开裂、塑性变形或破坏。
此外，构件的几何形状和细部构造也会影响其响应行为。
4. 抗冲击设计与加固措施为了提高钢筋混凝土结构在抗冲击荷载下的性能，可以采取诸如增加构件的尺寸和厚度、增加纵向和横向钢筋的配筋率、采用高强度材料等措施。
此外，合理的结构布置和连接方式也能有效提高结构的抗冲击能力。
5. 实验研究进展针对钢筋混凝土构件在抗冲击荷载下的响应研究，科研人员进行了大量的试验研究。
通过碰撞试验、爆炸试验等方法，研究了构件的受力、变形和耗能特性。
这些试验为设计更安全可靠的工程结构提供了重要依据。
6. 数值模拟方法除了实验研究，数值模拟方法在研究钢筋混凝土构件的抗冲击行为方面也得到了广泛应用。
有限元方法是一种典型的数值模拟方法，可以模拟构件在冲击荷载下的受力分布和变形情况。
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当x / d 2.0时，
x d
1
KWN
d
v 1000d
1.8
当x / d 0.65时，
s
7.91
x
5.06
x
2
d
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d
当0.65 x / d 11.7时，
s
2.12 1.36
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K 180 fc
第九章 钢筋混凝土结构在冲击荷载下的性能
冲击荷载 钢筋混凝土动态力学性能 混凝土的动态本构关系 冲击荷载、快速荷载作用下的粘结性能
第一节 冲击荷载
一、冲击荷载、应变率的概念
冲击荷载：在短时间内出现的荷载。 应变率：单位时间的应变。
二、冲击荷载的特点
特点：单向性、高幅值、持续时间短。
0,d
/ 0,s
.
d
/
.
s
0.02
五、动态弹性模量
Ed
/
ES
.dຫໍສະໝຸດ /.s
1.0
~ 1.5
问题：如何理解？
第三节 混凝土的动态本构关系
一、国外学者提出的模型
c
k1k2kf1ck21fc z0.00220k.01k032k1k0.002k01.k03022k1k3
四、飞射物对混凝土靶体的冲击力
飞射物对混凝土靶体的冲击力：刚性冲击（浸彻、碎落、脱痂、冲 塞、穿透）；柔性冲击。
第一节 冲击荷载
1.计算浸彻深度和脱痂厚度的公式 美国国防研究委员会(NDRC)提出的简化公式：
当x / d 2.0时，
x
4 KWN
v
1.8
1/
2
d d 1000d
二、清华大学的研究结果
光圆钢筋在静荷载作用下的黏结强度和动荷载作用下的黏结强度几乎没有变 化；变形钢筋的黏结强度则明显提高。
第一节 冲击荷载
2.冲塞混凝土
vp vu vt ,
Fh t
C KN
d 2 vu
vt
2 Gz
第一节 冲击荷载
五、冲击的荷载—时间曲线
1.混凝土结构物受到飞射物冲击时的冲击力时程曲线
第一节 冲击荷载
2.飞机冲击靶体的冲击力时程曲线
第一节 冲击荷载
3.汽车对钢筋混凝土护栏的冲击力时程曲线
三、冲击荷载的分类
1.柔性冲击：在冲击过程中，材料的力学性能和静态相比相差不大。 2.刚性冲击：在冲击过程中，必须考虑材料的动应变效应。 3.一次冲击、多次冲击（周期性冲击、非周期性冲击） 4.低速冲击（每秒几十米）、高速冲击（每秒几百米） 、超高速冲击（每秒千米以上） 。
第一节 冲击荷载
第一节 冲击荷载
第一节 冲击荷载
4.爆炸荷载—时间函数曲线
第二节 钢筋混凝土动态力学性能
一、应变率对钢筋性能的影响
第二节 钢筋混凝土动态力学性能
二、应变率对混凝土抗拉强度的影响
第二节 钢筋混凝土动态力学性能
三、应变率对混凝土抗压强度的影响（普通混凝土、高强混凝土）
第二节 钢筋混凝土动态力学性能
四、应变率对混凝土变形的影响
0.002k1k3
二、我国学者提出的模型
E0
2
3
t.
E1
0
exp
t 1
d
t.
E2
0
exp
t 2
d
第四节 冲击荷载、快速荷载作用下的粘结性能
一、动荷载对粘结性能的研究方向
1.单调加载下，加载速率对粘结性能的影响 2.低周反复荷载作用下，粘结性能的退化的研究