Page 167 - 《爆炸与冲击》2026年第4期

第 46 卷 吴 昊，等： 落石冲击框架T梁式RC棚洞损伤破坏评估 第 4 期

1 落石冲击原型棚洞有限元模型

1.1 框架 T 梁式 RC 棚洞
1.1.1 棚洞和垫层
图 2 给出了沪昆铁路某原型单跨框架 T 梁式 RC 棚洞精细化有限元模型。棚洞顶板由预制整体式
T 型横梁和现浇矩形横梁组成，外侧框架由立柱和变截面纵梁组成，内侧为重力式混凝土内边墙。棚洞
净宽为 6.7 m，单跨长为 6.35 m，立柱高度为 6.4 m。单根 T 型梁的翼缘宽度和高度分别为 825 mm 和
200 mm，腹板宽度和高度分别为 250 和 600 mm，混凝土强度等级为 C35，翼缘和腹板的混凝土保护层厚
度分别为 50 和 55 mm。矩形横梁、立柱和纵梁混凝土强度等级为 C30，重力式内边墙混凝土强度等级
为 C25。直径小于 12 mm 的钢筋为 HPB300 等级，直径大于 12 mm 的钢筋为 HRB400 等级，其屈服强度
分别为 300 和 400 MPa。
Reinforcement of T-beam

825
50 286.5 152 286.5 50
Ø12 120 Rockfall
Sand cushion Gravitational interior wall
200 50 50 Ø10 EPE cushion
Ø12 R
Ø8 T-beam
Rectangular 400
transverse
Ø10 800
600 200 beam
Ø12
200 25 Longitudinal
55 50 9 700
beam
55 140 55
250
2×49.5
800 51 149.5 149.5 51
52 696 52 6 400 150 150
52 51 22
Column 349 Ø8
25 Ø12
696 800 6 350 6 700
349 22
52 51
Ø8 800
Reinforcement of column Reinforcement of longitudinal
beam
图 2 原型框架 T 型梁式 RC 棚洞有限元模型（单位：mm）
Fig. 2 Finite element model of prototype framed T-beam type RC shed tunnel (unit: mm)

对于砂垫层和砂-EPE 复合垫层，我国规范《公路明（棚）洞勘察设计指南》（DB51/T 2599—2019） [2]
指 出 ， 棚 洞 顶 板 上 部 铺 设 垫 层 若 采 用 常 规 回 填 材 料 （ 如 土 、 砂 石 和 素 混 凝 土 等 ） ， 其 厚 度 不 应 小 于 1
200 mm，若采用如 EPE 等特殊缓冲材料应与常规回填材料配合使用，且置于常规回填材料下部，特殊缓
冲材料厚度通常设置为 500～2 000 mm。考虑到增加砂垫层厚度会大幅增加其自重，因此本文中垫层厚度选用
1 200 mm。复合垫层参考王东坡等 [24] 基于落石冲击铺设砂-EPE 复合垫层明洞缩尺模型试验确定的最优
厚度比，即复合垫层中砂与 EPE 的厚度比为 1∶2，按照总厚度 1 200 mm 可得砂与 EPE 的厚度分别为
400 和 800 mm。
有限元模型中混凝土和钢筋分别采用实体单元（*ELEMENT_SOLID）和梁单元（*ELEMENT_
BEAM）进行离散，并采用耦合关键字*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID 描述两者间的相互作用。
对棚洞的立柱和重力式内墙底部均采用固定约束边界，通过关键字 BOUNDARY_SPC_NODE 约束底
部节点的平动和转动自由度，以实现固定边界条件。基于作者前期开展的网格尺寸敏感性分析结果 [25] ，
顶板、立柱和纵梁的单元网格尺寸取 50 mm，内边墙的单元网格尺寸取 100 mm。垫层材料均采用实体

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