预应力混凝土结构作为十九世纪的一个重大发明被广泛地应用于大跨度、高层以及复杂的结构当中。预应力混凝土梁在高速冲击作用下其强度本构关系与破坏性能显示出明显的与加载速率密切相关的特征。随加载速率的提高,预应力混凝土梁的动力强度有明显的增高,即率相关效应,这一现象对大型结构的动力安全稳定性评价具有重大意义。本文以落锤与预应力混凝土梁冲击为例,研究其动力本构关系与应变率的关系,观察不同速率的损伤断裂过程与破坏形态。主要研究内容如下:(1)设计并制作了一台落锤冲击试验机,该落锤装置能够获得足够的能量以满足试验需求。进行试验前,通过冲击条件测试,调整并确定了较为合适的铝锤头和铝垫片,并通过相关试验验证了冲击的稳定性和重复性,试验结果表明,该落锤装置具有较好的重复性与稳定性。(2)完成一组预应力混凝土梁和素混凝土梁的静力试验,试验获得了试块在静力加载下的承载力、跨中位移以及破坏形态。试验结果表明,素混凝土梁的静力承载力要远小于预应力混凝土梁。(3)利用落锤冲击试验机,进行了预应力混凝土梁的横向冲击试验,试验中应变率范围为1s-1-3s-1。试验的主要参数包括落锤冲击高度和质量、预应力以及配筋率。同时,完成了一组素混凝土梁的冲击试验进行对比。试验中采用高速摄像仪记录了冲击过程,通过测量记录了力时程曲线、加速度时程曲线、应变时程曲线以及试块受拉区的裂纹宽度。试验结果表明,随着落锤质量和下落高度的增加,输入能量增加,试块受拉区的裂纹宽度越大;通过提高预应力和配筋率能够有效地延后试块裂纹的产生,并抑制裂纹的发展。(4)统计分析了试验中系统的输入能量和预应力混凝土梁所吸收的能量,发现落锤在冲击试块的过程中存在着能量的损耗,包括铝锤头、铝垫片和力传感器发生塑性变形所消耗的能量。同时,对冲击过程的能量转化作了简单的分析。(5)采用三维离散元软件PFC3D对预应力混凝土梁的落锤试验进行了模拟,取得了比较好的效果。将两者进行全面的对比,从而进一步解释率相关效应的机理,并验证与改善细观模型。