在钢筋混凝土（RC）梁中设置横向开孔是一种常见的方法，用于容纳诸如管道、电气导管等建筑服务设施。这样的开孔使公用系统能够穿过结构构件，从而提高建筑物的空间效率，并可能降低建造成本[[1], [2], [3], [4]]。然而，开孔的引入会破坏梁的连续性，改变内部应力分布，并在开孔角处产生明显的应力集中。因此，带有开孔的RC梁通常比实心梁的刚度更低，其抗弯和抗剪承载能力也通常会降低[[5], [6], [7]]。因此，深入了解带有开孔的RC梁的结构性能并制定适当的设计策略对于确保其在各种载荷条件下的充分抵抗能力以及保持整体结构完整性至关重要。
以往的研究主要集中在具有开孔的普通RC梁在静态或循环载荷作用下的抗弯行为、失效机制和屈曲响应[[8], [9], [10], [11]]。总体而言，开孔的引入会对RC梁的性能产生不利影响，导致刚度和强度降低，伴随过度开裂和挠度增大。研究表明，梁的性能很大程度上取决于开孔的大小[[12,13]]、形状[[5,8]]和沿跨度的位置[[7,14]]。为了制定合理的设计指南，一些研究人员提出了区分小开孔和大开孔的分类标准，通常使用开孔长度或深度与梁有效深度的比率。例如，Mansur[15]将直径超过梁深度40%的圆形开孔定义为大开孔，而当矩形开孔的长度超过上下弦杆深度中的较大值时，也被视为大开孔。实验进一步表明，深度小于梁深度30%和20%的圆形和方形开孔对剪切强度的影响可以忽略不计[[7]]。相比之下，未加固的大开孔往往会加速裂纹的形成和扩展，尤其是在开孔附近[[16]]，并且当位于高弯矩区域时，会显著降低承载能力并增加挠度[[17]]。为了减轻这些负面影响，适当的加固措施至关重要，以保持强度和延性。推荐的措施包括在开孔的上下边缘放置纵向钢筋，在弦杆元素上分布横向钢筋，并在开孔的每个角处提供对角钢筋[[8,11]]。除了传统的内部加固策略外，还提出了先进的加固技术，如包裹纤维增强聚合物（FRP）夹层[[18], [19], [20]]和外部预应力[[21,22]]。然而，FRP夹层的有效性可能会因过早脱粘而受到影响，而外部预应力筋（如钢筋或钢绞线）则容易腐蚀，可能限制其长期可靠性。最近，使用高性能材料（如近表面安装的应变硬化水泥基复合材料[[23]]、铝管[[24]]和纤维增强水泥基夹层[[25]]的先进修复技术显示出显著改善有缺陷RC梁剪切性能的潜力。然而，这些方法主要是为在准静态载荷条件下的普通强度混凝土开发的，目前现有标准中缺乏针对承受极端动态载荷的UHPC构件的设计规定。
超高性能混凝土（UHPC）是一种特殊的水泥基复合材料，其特点是具有极高的抗压强度（通常超过120 MPa[[26]]、抗拉强度（超过6 MPa[[27]]、优异的耐久性和抗疲劳性[[28]]。这些优异的性能使其能够成功应用于现代土木基础设施[[26],[29],[30],[31]]，UHPC可以减少材料消耗并延长使用寿命。与传统混凝土梁相比，UHPC梁在静态载荷下通常具有更高的承载能力和更好的延性[[32]]。加入钢纤维进一步提高了韧性并增强了裂纹控制能力，使UHPC特别适合承受极端载荷的结构构件[[33],[34],[35],[36]]。研究人员进行了大量研究，以评估UHPC构件在冲击载荷下的动态性能。Yoo等人[[37,38]]研究了加固比和钢纤维类型对UHPC梁在落锤冲击下的动态响应的影响，表明较大的加固比和优化的钢纤维特性显著提高了抗冲击性能，减少了中跨挠度并增强了残余承载能力。同样，Jia等人[[39]]对UHPC构件在低速侧向冲击下的性能进行了实验和数值研究，证实UHPC在抗冲击性能上优于传统混凝土。他们的研究还发现，轴向预加载可以通过压缩-拱机制进一步提高UHPC柱的动态承载能力。
上述研究主要集中在实心UHPC构件上，而带有开孔的UHPC梁中的开孔会引起复杂的应力分布和变形机制，使其结构行为比实心梁更为复杂。尽管如此，关于带有开孔的UHPC梁的研究仍然相对较少。Makki等人[[40]]通过实验研究了使用FRP条带外部加固的UHPC深梁的静态性能，表明FRP条带的应用提高了整体结构性能。同样，Elsayed等人[[41]]报告说，开孔的存在显著降低了UHPC梁的剪切抗力，而在开孔周围增加额外钢筋可以缓解这种效应并提高极限承载能力。Al-Enezi等人[[42]]进一步探讨了开孔高度、宽度、位置和加固细节对UHPC深梁剪切性能的影响。他们的研究表明，开孔的大小和位置都会显著影响剪切抗力，而增加横向钢筋可以有效提高剪切承载能力。然而，关于含有开孔的UHPC梁的动态响应的研究仍然非常有限，由于开孔周围的应力波相互作用加剧，这些梁在冲击载荷下可能会表现出不同的响应。最近，Liu等人[[43]]研究了带有开孔的UHPC梁在冲击载荷下的动态响应，并报告说开孔的存在可能会引发局部损伤并削弱整体抗冲击性能。然而，他们的研究仅依赖于数值建模，没有实验验证。此外，现有文献缺乏专门针对带有开孔的UHPC梁的快速损伤评估的研究。
为了填补这一空白，本研究对带有矩形开孔的UHPC梁在低速冲击下的动态性能进行了实验和数值研究。使用1.5米的恒定落锤高度和641公斤的冲击质量，对一根实心UHPC梁和四根带有横向开孔的UHPC梁进行了落锤冲击试验。观察到的破坏模式、冲击力和位移变化被系统地记录和分析。为了进一步阐明实验响应，在ANSYS/LS-DYNA中建立了数值模型。经过与实验结果的验证后，该模型被用来阐明测试梁的破坏机制。此外，还进行了一系列参数分析，以评估关键结构参数对梁挠度的影响。基于这些发现，提出了确定UHPC梁开孔配置的建议，并建立了质量-速度图，以便在冲击载荷下快速评估损伤情况。
