摘要：混凝土作为一种典型率敏感材料，广泛应用于高层建筑、桥梁、大坝和核电站等工业与民用建筑。而这些建筑在建设与使用过程中会遭受到爆破、地震和冲击等动态荷载，在这些情况下混凝土的力学性能会较静态时有较大改变。本文对混凝土动态性能的研究现状进行综述，着重介绍了混凝土动态性能试验研究和混凝土大坝的数值模拟等方面的研究进展，文末总结了混凝土动态力学性能试验研究和数值模拟有待括展的研究方向。
关键词：混凝土；动态性能；数值模拟；综述
混凝土结构在遭遇到地震荷载时的应变速率约为１０－３／ｓ－１０－２／ｓ［１］，而混凝土作为一种典型的率敏感性材料，在遭受动态荷载时，混凝土结构的耐久性、刚度和强度等都会有比较大的改变。在众多混凝土结构中，混凝土大坝由于其作用的特殊性以及受到破坏后后果的严重性更成为研究的重点。美国垦务局的Ｒａｐｈｅａｌ［２］在五座混凝土大坝中取得试件样品，进行了混凝土动态抗拉加载试验，分析试验结果得到混凝土的动态抗拉强度较静态抗拉强度提高约５０％，得到了混凝土动态加载抗拉强度和静态加载抗拉强度的关系式。我国在《水工建筑物抗震设计规范》中规定混凝土动态加载强度和动态加载弹性模量可取其静态加载时对应值的１３０％；混凝土动态加载抗拉强度的标准值可取为动态加载抗压强度标准值的１０％”，可见，规范中只是简单的规定了动态加载时混凝土强度的提高值，而没有具体考虑混凝土结构受到动态荷载时应变率和应变比等不同对混凝土动态力学性能产生的影响。
１混凝土动态加载强度试验研究现状
混凝土动态加载试验的研究开始的较早，１９１７年Ａｂｒａｍｓ［３］完成了第一个混凝土动态加载试验，由此，更多的混凝土动态加载试验陆续开展，Ｊｏｎｅｓ，Ｒｉｃｈａｒｔ［４］研究了加载速率对混凝土抗压强度的影响。这些试验初步得出了混凝土抗压强度随着加载速率增加而增加的结论。在之后的研究中，Ｗａｔｓｔｅｉｎ［５］得出当加载速率由１０－６／ｓ提高到１０－１／ｓ时，混凝土抗压强度平均提高了８０％。Ｅｖａｎｓ［６］等人研究认为应变速率的增加对混凝土强度的增加影响较小，只有２０％甚至更小；而Ｊｏｎｅｓ，Ｒｉｃｈａｒｔ［４］，Ｗａｔｓｔｅｉｎ［５］则认为应变速率的增加对混凝土强度的增加影响很大，超过３０％，甚至达到８０％。产生这种情况的原因是混凝土的特性受到甚多因素的影响，如使用水泥的强度，骨料的粒径和形式，水灰比，试件的尺寸和形状，养护条件及试验设备的不同。肖诗云［７］进行了混凝土动态抗拉和抗压试验。抗拉试验采用中心为７０ｍｍ×７０ｍｍ过渡到俩端尺寸为１００ｍｍ×１００ｍｍ，高２００ｍｍ的试件，以１０－５／ｓ为准静态应变速率，１０－４／ｓ、１０－３／ｓ和１０－２／ｓ为动态应变速率，得到动态抗拉强度分别比准静态抗拉强度提高６％、１０％和１８％。抗压试验采用尺寸为１００ｍｍ×１００ｍｍ×３００ｍｍ的棱柱体混凝土试件，以１０－５／ｓ为准静态应变速率，１０－４／ｓ、１０－３／ｓ、１０－２／ｓ和１０－１／ｓ为动态应变速率，得到动态抗拉压强度分别比准静态抗压强度提高了４８％、９０％、１２０％和１５６％。
２混凝土动态加载弹性模量研究现状
国内外学者对于动态加载对混凝土弹性模量的影响进行了一定的研究，大部分学者认为应变速率增加时，混凝土弹性模量也相应的有所增加。但应变速率对初始切线模量的影响不同学者产生了较大的分歧，Ｗａｔｓｔｅｉｎ［６］等研究者认为混凝土的初始切线模量随着应变速率的增加而增加；Ｔａｋｅｄａ［８］等研究者则认为应变速率对混凝土初始切线模量没有影响。肖诗云［７］进行了单轴动态抗拉和抗压试验，得出结论为：在动态抗拉试验中，初始切线模量并不随应变速率的增加而改变；而由于随着应变速率的增加，极限抗拉强度增加，最大应力时的应变没有变化，所以混凝土在极限荷载时的割线模量随着应变速率增加而增加；在动态抗压试验中，初始切线模量和极限荷载时的割线模量都随着应变速率的增加而增加，应变速率为１０－４／ｓ、１０－３／ｓ、１０－２／ｓ和１０－１／ｓ时的初始切线模量分别比应变速率为１０－５／ｓ增加了５７％、１２２％、２０３％和３０１％。
３混凝土大坝地震分析研究现状
由于混凝土大坝遭到地震损害时可能产生十分严重的后果，混凝土大坝的地震分析十分必要，因为混凝土大坝一般尺寸较大，所以数值模拟成为大坝地震分析的一个行之有效的手段。肖诗云［７］根据试验结果分别建立了Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ材料一致率型本构模型和Ｗｉｌｌｉａｍ－Ｗａｒｎｋｅ三参数一致率型本构模型，与试验结果对比拟合的较好，并对溪洛渡拱坝进行了非线性地震反应分析。杜荣强［９］建立了考虑多轴应力状态的混凝土各向异性弹塑性损伤本构模型和能量基率相关损伤模型，应用在Ｋｏｙｎａ大坝与三峡大坝的地震响应分析与安全评价之中，并与率无关损伤模型进行了比较。
４结论与展望
对于混凝土单轴的动态性能，国内外学者已经进行了较多的研究，通过不同的试验得出混凝土的动态强度较静态有不同程度的提高，为混凝土结构的设计提供参考。也已经有许多学者进行了各种影响因素下的大坝地震分析。但对于多轴动态荷载下的混凝土力学性能的研究和相对应的数值模拟还比较少，而混凝土结构大多时候受力复杂，因此进行混凝土多轴动态加载力学实验是十分重要的。
作者：王海涛 安志强 单位：大连交通大学土木与安全工程学院
