5.1.3　钢筋混凝土破坏特征

弹丸撞击混凝土主要会产生两种破坏效应：弹丸对混凝土的动能破坏效应以及同时产生的应力波效应。撞击瞬间产生的压力远远超过混凝土极限抗压强度，混凝土介质被迅速粉碎。当弹丸头部挤压侵入靶板内部时，混凝土向外膨胀产生的径向拉应力和周向拉应力大于材料的抗拉强度和抗剪强度，靶板着弹面出现径向裂纹和周向裂纹。这两个方向的裂纹逐渐交叉扩展，使得浅层混凝土破裂、飞散、脱落，靶板就形成漏斗状正面开坑。随着弹丸不断侵入靶板内部，弹丸速度逐渐降低，弹靶接触面逐渐增大，混凝土向外膨胀减缓。当弹丸头部完全侵入靶板后，弹丸开坑阶段结束。此后，弹丸稳定侵彻阶段开始，粉碎的混凝土介质不断被排挤出弹坑，靶板内部逐渐形成了圆柱形穿孔。对于有限厚度靶，碰撞产生的压缩应力波会在靶板背面自由面反射形成拉伸应力波，靶板背面混凝土介质受其作用发生层裂，最终震塌形成背面开坑。当弹丸着速足够大或者靶板厚度较小时，弹丸会对剩余厚度的混凝土介质产生冲塞效应，背面开坑迅速扩大。当穿孔与背面开坑相连时，弹丸就完成了对靶板的贯穿。对于半无限靶，弹丸动能在稳定侵彻阶段消耗完后，就停止在靶板内部。而应力波效应对于半无限靶效果并不明显，不存在靶板背面的边界效应，弹丸对靶板的破坏过程只存在正面开坑阶段和稳定侵彻阶段。

综上所述，在弹丸碰撞混凝土过程中，存在如下几种宏观破坏现象：正面开坑、正面崩落、侵彻、冲塞、背面开坑、背面崩落、贯穿、整体结构的动态响应，如图5.1.6所示。同时，为了衡量弹丸碰靶效果，定义如下几个物理量：侵彻深度，未贯穿靶板条件下，弹丸侵入靶板并停留其中时的最终深度；贯穿极限厚度，靶板抵抗贯穿的最小厚度；贯穿弹道极限，弹丸贯穿靶板的最小速度。

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图5.1.6　弹丸对钢筋混凝土的侵彻效应

（a）侵彻；（b）冲塞；（c）正面开坑与崩落；（d）背面开坑与崩落；（e）贯穿；
（f）径向裂纹和周向裂纹；（g）整体结构动态响应

与素混凝土结构相比，钢筋的存在使得钢筋混凝土结构的动态响应破坏更加复杂，分析弹丸与钢筋混凝土之间以及钢筋与混凝土之间的相互作用变得十分复杂困难。在大多数情况下，弹丸不会直接命中钢筋，钢筋的破坏与混凝土介质的破坏相关；而在少数情况下，弹丸直接命中钢筋，造成其破坏。弹丸撞击下的钢筋混凝土破坏现象复杂，目前主要通过试验研究该问题。由于靶场试验中弹丸撞靶位置具有一定随机性，钢筋存在多种破坏模式：大塑性弯曲变形、弯曲+剪切断裂、弯曲+拉伸断裂。在理论分析中，一般将钢筋混凝土模型做适当简化和等效处理。