冲击荷载作用下混凝土动态力学性能研究

doi:10.16046/j.cnki.issn2096-5680.2024.01.004

河北水利电力学院学报 ›› 2024, Vol. 34 ›› Issue (1): 22-28.DOI: 10.16046/j.cnki.issn2096-5680.2024.01.004

冲击荷载作用下混凝土动态力学性能研究

程思悟^1,2, 代兴先^1,2, 冯凯^1,2, 齐子怡³, 张泽³

1.河北建筑工程学院土木工程学院,河北省张家口市桥东区朝阳西大街13号 075000;
2.河北省土木工程诊断、改造与抗灾重点实验室,河北省张家口市桥东区朝阳西大街13号 075000;
3.河北水利电力学院交通工程系,河北省沧州市黄河西路49号 061001

收稿日期:2023-05-10 修回日期:2023-06-02 出版日期:2024-03-30 发布日期:2024-04-19
作者简介:程思悟(1997-),男,河北张家口人,在读研究生,主要研究方向:桥梁与隧道工程。E-mail:2685949705@qq.com
基金资助:
河北建筑工程学院研究生创新基金项目(XY202207);河北建筑工程学院研究生创新基金项目(XY2023041)

Study on Dynamic Mechanical Properties of Concrete under Impact Load

CHENG Siwu^1,2, DAI Xingxian^1,2, FENG Kai^1,2, QI Ziyi³, ZHANG Ze³

1. School of Civil Engineering, Hebei University of Architecture, 075000, Zhangjiakou, Hebei, China;
2. Hebei Key Laboratory of Civil Engineering Diagnosis, Reconstruction and Disaster Resistance, 075000, Zhangjiakou, Hebei, China;
3. Department of Traffic Engineerin,Hebei University of Water Resources and Electric Engineering, 061001, Cangzhou, Hebei, China

Received:2023-05-10 Revised:2023-06-02 Online:2024-03-30 Published:2024-04-19

摘要/Abstract

摘要： 为了探讨混凝土在冲击荷载作用下的动态力学性能,应用有限元分析软件对不同冲击速度下,C30、C40及C60混凝土的SHPB试验进行了模拟分析。通过数值模拟得到了不同速度条件下的应力-应变曲线及能量时程曲线并分析了试件的破碎过程。结果表明:C40混凝土与C60混凝土的峰值应力比C30混凝土分别高了20.8%与31.6%,提高混凝土的强度等级可以提高混凝土结构的抗冲击性能。冲击速度为10m/s与15m/s时,混凝土的应变率分别是冲击速度为5m/s的3.2与4.7倍,表明混凝土是一种应变率敏感型材料。能量时程曲线总体上分为3个阶段:前期稳定阶段、中期增长阶段与最后稳定阶段。冲击荷载作用下,混凝土先从边缘由外向内破裂,并在内部产生劈裂破坏。

关键词: 数值模拟, 能量, 混凝土

Abstract: In order to investigate the dynamic mechanical properties of concrete under impact load, finite element analysis software was used to simulate the SHPB tests of C30, C40 and C60 concrete under different impact velocities. The stress-strain curves and energy time-history curves at different velocities were obtained by numerical simulation, and the crushing process of the specimen was analyzed. The results show that the peak stress of C40 concrete and C60 concrete is 20.8% and 31.6% higher than that of C30 concrete, respectively. Improving the strength grade of concrete can improve the impact resistance of concrete structure. When the impact velocity is 10m/s and 15m/s, the strain rate of concrete is 3.2 and 4.7 times that of 5m/s, respectively, indicating that concrete is a strain rate-sensitive material. The energy time history curve is generally divided into three stages: the initial stable stage, the mid-term growth stage, and the final stable stage. Under impact load, concrete breaks from the edge from outside to inside first, and splits inside.

Key words: numerical simulation, energy, concrete

中图分类号:

程思悟, 代兴先, 冯凯, 齐子怡, 张泽. 冲击荷载作用下混凝土动态力学性能研究[J]. 河北水利电力学院学报, 2024, 34(1): 22-28.

CHENG Siwu, DAI Xingxian, FENG Kai, QI Ziyi, ZHANG Ze. Study on Dynamic Mechanical Properties of Concrete under Impact Load[J]. Journal of Hebei University of Water Resources and Electric Engineering, 2024, 34(1): 22-28.

参考文献

[1] 孙刚,王侠.浅谈高性能混凝土发展前景[J].河北工程技术高等专科学校学报,2015(3):39-41.
[2] 余道兴,宗周红,李明鸿,等.基于不同材料模型的混凝土SHPB试验数值模拟[J].东南大学学报(自然科学版),2017,47(1):124-129.
[3] 秦佳俊,夏松,陈贵炫,等.混凝土SHPB试验的数值模拟[J].安徽建筑大学报,2016,24(6):48-52.
[4] 李晓琴,陈保淇,杜茜,等.混凝土SHPB动态抗压试验数值模拟研究[J].机械强度,2018,40(4):901-907.
[5] 向达.冲击载荷作用下混凝土抗拉强度增强特性的研究[D].太原:太原理工大学,2016.
[6] 尚兵,王彤彤.混凝土类材料在SHPB实验中惯性效应的数值模拟研究(英文)[J].高压物理学报,2017,31(2):114-124.
[7] 梁一鸣,贺锋,李季,等.钢纤维高强混凝土抗冲击压缩力学性能研究[J].粉煤灰综合利用,2018(5):70-76.
[8] 田文基,李长辉,牛炳岩,等.纤维增强混凝土材料抗冲击荷载试验研究[J].河北水利电力学院学报,2021,31(4):23-27.
[9] 杜闯,宋帅,张江鹏.爆炸冲击作用下三种混凝土本构模型对比研究[J].兵器装备工程学报,2022,43(11):49-56.
[10] 朱磊.混凝土冻融后的动态力学性能霍普金森压杆试验研究[D].大连:大连理工大学,2021.
[11] Wu H, Zhang Q, Huang F, et al.Experimental and numerical investigation on the dynamic tensile strength of concrete[J]. International Journal of Impact Engineering, 2005,32(1-4):605-617.
[12] Li Y, Zhai Y, Liu X, et al. Research on fractal characteristics and energy dissipation of concrete suffered freeze-thaw cycle action and impact loading[J]. Materials, 2019,12(16):2585.
[13] Du W, Yang C, De Backer H, et al. Investigation on dynamic mechanical properties of recycled concrete aggregate under split-hopkinson pressure bar impact test[J]. Buildings, 2022,12(7):1055.

[1]	余沛. 基于库水位变化的南湾滑坡三维数值模拟[J]. 河北水利电力学院学报, 2024, 34(4): 17-22.
[2]	周鹏程, 李树谦, 樊凯伦, 张存兰. T型微细通道内含不凝气蒸汽直接接触凝结数值模拟研究[J]. 河北水利电力学院学报, 2024, 34(3): 50-60.
[3]	张煊铭, 刘明阳. 建筑固废基再生混凝土的抗碳化研究[J]. 河北水利电力学院学报, 2024, 34(2): 8-12.
[4]	侯荣贺. 考虑车辆荷载对预应力大悬臂盖梁开裂的影响[J]. 河北水利电力学院学报, 2024, 34(2): 19-26.
[5]	李伟. 特大桥高墩施工技术分析[J]. 河北水利电力学院学报, 2024, 34(2): 37-41.
[6]	王成仁. 蔡家庄特大桥承台施工水化热控制方案与仿真分析[J]. 河北水利电力学院学报, 2023, 33(4): 42-47.
[7]	温永福, 王凤春, 韩超, 张敬晓, 李晶晶, 王赫. 基于GeoStudio南运河冲刷作用下谢家坝稳定性分析[J]. 河北水利电力学院学报, 2023, 33(2): 63-69.
[8]	陈郝. 基于可靠性的钢筋混凝土结构服役寿命研究[J]. 河北水利电力学院学报, 2023, 33(2): 34-39.
[9]	马江平. 细粒含量对冻土-桩基界面力学性质的影响[J]. 河北水利电力学院学报, 2023, 33(2): 17-22.
[10]	李会锋. 基于数值模拟技术预测某场地抗浮设防水位的研究[J]. 河北水利电力学院学报, 2023, 33(1): 44-49.
[11]	薛江^1,2, 刘金城¹, 李自林^3,4. 预应力损失对大悬臂混凝土盖梁开裂研究[J]. 河北水利电力学院学报, 2022, 32(3): 37-43.
[12]	李树谦^1,3, 周晴晴^2,3, 王晨¹, 王浩然¹, 岳亮丞^1,3. 电加热烘干房模型内气体流动与传热的数值模拟研究[J]. 河北水利电力学院学报, 2022, 32(3): 28-36.
[13]	赵亚军^1,2, 曹浩¹, 宋杨^3,4, 王磊³, 张志彬³. 移动车辆荷载下土石混填路基动力响应分析[J]. 河北水利电力学院学报, 2022, 32(3): 14-20.
[14]	李新源. 碾盘山水利枢纽泄水闸混凝土工程温度控制分析[J]. 河北水利电力学院学报, 2022, 32(2): 63-67.
[15]	田文基, 李长辉, 牛炳岩, 岳泽皓, 王蕴智. 纤维增强混凝土材料抗冲击荷载试验研究[J]. 河北水利电力学院学报, 2021, 31(4): 23-27.

冲击荷载作用下混凝土动态力学性能研究

Study on Dynamic Mechanical Properties of Concrete under Impact Load

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics