赵 凯 黄 斐 周洋洋 张润成 高御审

（佛山科学技术学院 土木工程系， 广东 佛山 528000）

近年来，随着航运交通量的不断增大船舶撞击桥墩事故频发，这种事故会造成巨大的经济损失以及人员伤亡[1]。冲击荷载是一种非常复杂的动荷载，会导致结构的破坏、失效。黄涛等[3]研究了混凝土棱柱体在落锤冲击试验、超声波检测试验、压力试验后的混凝土损伤情况。田力等[4]以刚性球撞击钢筋混凝土柱为研究基础，研究了冲击荷载作用下钢筋混凝土柱的损伤评估及防护技术。由于不锈钢在强度、延性、耐腐蚀性等方面表现出的优越性[5]，而对于等截面的不锈钢和普通钢筋混凝土结构冲击损伤性能的对比研究成果还较少，所以有待进一步研究。本文通过对比每次冲击试验前后钢筋混凝土桥墩试件主要损伤区域主裂缝及超声波声速,来分析钢筋混凝土桥墩的损伤性能。

1 试验方案

按照相似性原理，以某桥双柱式圆形桥墩作为试验原型，采用1:5的缩尺比例制作桥墩模型，设计了 2根钢筋混凝土桥墩试件。试件底座预留四个孔用来安装高强螺栓固定桥墩试件。实验柱采用对称配筋，钢筋采用焊接施工方法，试件设计参数如表1，图1为B1-16试件的示意图。小车重为1.2t，试验落锤质量设计为196kg，落锤下落牵引小车撞向试件。冲击系统示意图如图 2。在试件底部和中部区域，沿试件高度方向均匀取20个测点，在每个测点位置画好边长为5cm的网格来提高测量精度。采用 ZBL-U520非金属超声混凝土检测仪对试件主要的破坏区域进行检测。

表1 试件设计参数

图2 冲击示意图

图1 试件示意图（尺寸单位：mm）

2 试验分析

2.1 裂缝分析

每个试件的初始裂缝形成都在撞击面底部区域，随着落锤高度的增加，裂缝出现从撞击面底部向中部方向发展，撞击点背面区域开始出现裂缝，正面中下部原有裂缝继续开展的同时继续向中部发展，同时撞击背面裂缝继续向试件中上部发展。当冲击速度达到一定程度时，最大裂缝视为主裂缝，裂缝的开展区域与试件的主要受力区域非常吻合。

分析可知主裂缝宽度存在一定的规律性，可作为试件损伤程度的评价依据。每次撞击下各试件主裂缝宽度，如表2所示。

表2 不同冲击能量下裂缝开展情况

B1-16 0.12 0.18 0.20 0.24 B2-16 0.19 0.30 0.42 0.55

由表2可知，在各冲击能量下，纵筋为不锈钢的B1-16试件主裂缝宽度明显低于纵筋为普通钢筋的B2-16试件，证明不锈钢钢筋比普通钢筋更能延缓撞击裂缝的衍生及拓展。

2.2 超声波声速分析

为了分析冲击前后试件的损伤情况，试验使用HC-U8多功能混凝土超声波检测仪对试件的主要冲击损伤部位进行检测，试验以声速作为指标来分析试件撞击损伤情况，各冲击试件超声波声速检测值如表3所示。

表3 各试件撞击超声波波速变化

表3为落锤提升至2m、4m、6m、8m，试件混凝土损伤后的声学参数变化值。由表可知，试件冲击超声波变化总体减小趋势一致，冲击试件超声波平均声速随撞击能量增大而逐渐减小，试件经受多次冲击后，对比试件B1-16与B2-16发现纵筋为不锈钢的试件比纵筋为普通钢筋的试件声速变化率减小3.5%，说明不锈钢钢筋比普通钢筋更能减弱试件混凝土冲击损伤；

3 结论

本文采用国内最为先进的多功能超高重型落锤试验机，对两根钢筋混凝土桥墩试件进行了多次累积横向冲击试验，通过对试件主要破坏区域主裂缝及超声波声速的分析，主要结论如下：

1.试件冲击主裂缝出现在试件的底部区域，并逐渐向试件中部发展。纵筋为不锈钢的试件主裂缝宽度明显低于纵筋为普通钢筋的试件，证明不锈钢钢筋比普通钢筋更能延缓撞击裂缝的衍生及拓展。

2.随着冲击能量的增大，各冲击试件超声波声速变化规律较为一致，冲击试件超声波平均声速随撞击能量增大而逐渐减小，纵筋为不锈钢的试件比纵筋为普通钢筋的试件声速减小总量低，声速变化率减小3.5%，说明不锈钢钢筋比普通钢筋更能减弱试件混凝土冲击损伤；

4 感谢

感谢广东省普通高校省级重大科研项目（编号：2014KZDXM064）及广东省教育厅学科专项资金资助项目（编号：KJCX0188）对本研究的资助。

[1]陈国虞.长江中游桥墩防撞[J].航海科技动态,1995,(3):14-18.

[2]田玉滨,黄涛,刘佳,金若羲,张春巍. 受冲击作用混凝土损伤性能试验研究[J].建筑结构学报,2014,(S1):58-64.

[3]黄涛. 冲击致损混凝土力学性能研究[D].哈尔滨工业大学,2013.