力学季刊

作者：和文超, 邓锷

关键词：超高性能混凝土；框架结构；抗冲击性能；能量机理

随着我国交通系统的发展及汽车车速的日益提升，坐落于道路两旁的框架建筑承受的车辆碰撞风险也与日俱增．超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete, UHPC)由于其超高的材料断裂能以及抗拉能力逐渐被应用于框架结构中以提高其使用性能．UHPC框架结构同样承受较高的车辆撞击风险．本文建立了三维动力非线性的车辆-UHPC三层框架结构碰撞模型并采用Ansys/LS-DYNA进行求解．采用已发表的落锤撞击普通混凝土(Normal Concrete, NC)与超高性能混凝土(UHPC)梁试验对材料参数与接触算法的正确性进行了验证．基于三维动力非线性碰撞模型，从结构损伤、碰撞力特性及结构耗能机理三方面对NC及UHPC框架结构进行了全面对比．主要结论如下：(1) UHPC框架结构的抗车辆冲击性能远高于NC框架结构．UHPC框架结构的损伤仅存在于被撞柱，其他部位混凝土的使用性能几乎不受影响．(2) 高车速条件下(80~120 km/h)，NC柱的损伤分布为剧烈的冲切损伤并伴有明显的塑性变形，框架节点出现明显的受拉及受剪损伤；UHPC柱的背面始终不出现受拉区域，最终发展成贯通框架柱截面的冲剪破坏．(3) NC柱的混凝土内能均比UHPC柱的混凝土内能高，导致NC柱的损伤程度比UHPC柱严重．(4) 当车辆保险杠撞击框架柱时，碰撞力产生第一个峰值；当车辆引擎与框架柱撞击时，碰撞力产生第二个峰值．引擎撞击产生的碰撞力峰值均远高于保险杠撞击．UHPC柱的碰撞力峰值平均比NC柱高22.6 %，二者碰撞力峰值最大差异可达32.1 %．本文研究结果有助于促进UHPC框架结构的抗冲击合理化设计，并保障其安全健康运营．

来源：2024年第1期

《力学季刊》期刊编辑部

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