混凝土及钢筋混凝土材料是土木工程及防护工程结构中广泛使用的材料,设计时往往要求这些工程结构具有抵抗冲击、爆炸等高率载荷作用的能力。混凝土是一种力学性能极其复杂的非均质颗粒增强复合材料,由于钢筋力学性能与混凝土差异较大,导致钢筋混凝土力学性能进一步复杂化。目前,国内外对混凝土材料在高率载荷作用下的动态力学性能已有较多研究,而材料性能的应变率效应、不同载荷作用下的动态本构关系及基于细观模型的数值模拟则已成为混凝土材料研究热点。以往关于钢筋混凝土动态力学性能的大量研究中,研究对象一般是钢筋混凝土结构,而作为一种复合材料,钢筋混凝土材料的动态实验、本构及数值模拟的研究则存在明显不足。本文基于霍普金森压杆(SHPB)和3D细观模型,对混凝土和钢筋混凝土材料动态冲击压缩力学行为分别展开了实验、本构及细观数值模拟研究。首先,结合脉冲整形技术和高速摄影技术,基于φ120mm的大尺寸SHPB分别进行了素混凝土和钢筋混凝土动态冲击压缩实验,对试验中脉冲波形特征、试件破坏过程、裂纹传播、破坏模式及应变率效应等材料行为展开研究。揭示并解释了混凝土类脆性材料反射波“双峰”现象和波尾“压缩波”现象,而钢筋混凝土则由于钢筋加入,其反射波行为与素混凝土略有不同,主要表现为在第一峰之后随着加载速度增大逐渐由近似恒应变率加载转变为持续上升,最终在较高速度下也呈现出“双峰”行为。同时,给出了混凝土和钢筋混凝土试件SHPB实验中不同应变率下波形特征与试件最终破坏状态对应关系的一些经验性认识。通过试件破坏过程及裂纹传播观察,发现混凝土及钢筋混凝土动态加载过程中裂纹快速发展滞后于峰值应力出现,这是导致材料在损伤破坏阶段仍具有持续承载能力的主要原因。相对于素混凝土,分析了钢筋混凝土动态力学性能的优异性以及不同筋架构形对材料的不同保护作用,实验结果表明钢筋混凝土破坏后残留形态会与筋架构形保持较好的一致性。另外,对混凝土和钢筋混凝土的动态压缩强度、能量吸收能力、最大压缩应变等的应变率效应也进行了比较分析,为材料本构关系的提出奠定了基础。之后,考虑混凝土中随机骨料、砂浆及二者之间过渡层(ITZ),建立了混凝土 3D细观模型,并基于SHPB试验对该模型可靠性进行了验证。在此基础上,开展了不同加载条件下混凝土材料冲击压缩试验数值模拟预测,并结合波形特征识别了混凝土类损伤软化材料SHPB试验中出现应力不平衡的标志,同时对其它应力不平衡相关的材料行为进行了深入探讨和分析,比如试件破坏程度,动态压缩增强因子(DIF)及损伤发展等,在数值模拟分析中引入“损伤失效体积”的概念解释了混凝土反射波“双峰”现象的形成机理。特别地,研究表明,随着应变率增大,应力平衡失效后,混凝土试件将由材料响应转变为结构响应。另外,还对ITZ对材料动态行为的影响进行了探讨。进一步,在素混凝土细观模型的基础上,考虑复杂筋架结构及筋架与砂浆之间的粘结层,创建了钢筋混凝土 3D细观模型,并基于钢筋混凝土 SHPB试验对该模型可靠性进行了验证,同时分析了筋架与基体之间过渡层对材料动态力学行为的重要影响。最后,在实验基础上,通过修正混凝土 HJC模型的强度方程并借鉴Johnson-Cook模型中对金属材料应变硬化行为的描述,提出了能较好描述混凝土冲击压缩加载过程中塑性加载段和峰后分段软化行为的损伤软化模型(CDS模型)。进一步,在混凝土 CDS模型基础上,考虑配筋率及钢筋弱界面损伤的影响,提出了能较好描述钢筋对材料峰值强度轻微削弱作用及对峰后材料行为增强作用的RCDS模型,并对不同配筋率和应变率下的钢筋混凝土动态σ-ε曲线进行了可靠预测。