Page 271 - 《振动工程学报》2026年第3期

第 3 期 张 金，等： 落石撞击下 RC 墩的动态分析及防护 871

石的质量、撞击速度等。这使得 RC 墩在落石作用 装置，虽然该装置能有效地降低 RC 墩的损伤，但撞
下的损伤机制变得更复杂 ［8⁃12］ 。因此，有必要分析 击部位混凝土还是会发生永久性损伤。
RC 墩在落石撞击下的动力行为，并提出合适的防 综合以上可知，目前对落石撞击 RC 墩的研究
护措施。 存在以下不足：
近年来，国内外学者对 RC 墩在不同荷载撞击 （1）未深入研究落石撞击下 RC 墩的应力的传
下 的 动 力 响 应 分 析 做 了 诸 多 研 究 ，如 汽 车 ［13⁃14］ 、船 播规律及损伤机理。
舶 ［15⁃16］ 、爆炸 ［17⁃20］ 等。LI 等 ［21］ 开展了刚性小车水平撞 （2）未探明不同配筋率及撞击部位的箍筋间距
击 RC 墩试验，得出适当增加配筋率可以有效降低 是否会对落石撞击存在削弱效果。
撞击部位的损伤程度；HENG 等 ［22］ 通过进行不同撞 （3）未提出一种能抵御较大撞击速度、撞击质
击质量、撞击速度试验，得出相较于撞击质量，撞击 量 ，且 撞 击 部 位 混 凝 土 不 发 生 永 久 性 损 伤 的 防 护
速度对撞击力的影响更大；GHOLIPOUR 等 ［23］ 对船
装置。
舶撞击与爆炸共同作用下 RC 墩的可靠度进行了研
针对以上不足，有必要开展 LS⁃DYNA 落石撞
究分析。SUN 等 ［24］ 对遭受落石的 RC 墩进行了冲击
击 RC 墩的仿真分析。
测试，并调查撞击造成的损伤原因。DEMARTINO
等 ［25］ 研究了剪切缺陷 RC 柱在侧向撞击作用下的响
1 数值模拟与方法验证
应。这些研究成果为揭示 RC 墩在落石撞击作用下
的动力响应规律提供了重要依据，也为 RC 墩的抗
1. 1 RC 墩、落石与防护模型
撞击设计提供了有价值的理论参考。
与地震、洪水等地质灾害不同，为确保落石撞击 选择落石质量与撞击速度为变量研究 RC 墩的
下 RC 墩的结构可靠性，有必要采取有效的防护或 损伤模式。落石的动能与质量和速度有关，其关系
加固措施，以减轻其动力响应与损伤程度。鉴于此， 式为：
［3］
ZHANG 等 研究了落石冲击对高速列车运行安全 1
E K = MV 2 （1）
的影响，得出当落石直径和撞击速度分别超过 1.5 m 2
和 30 m/s 时 ，列 车 脱 轨 的 可 能 性 急 剧 增 加 。 XIE 式 中 ，E K 为 落 石 的 动 能 ；M 为 落 石 质 量 ；V 为 撞 击
等 提出了一种落石撞击下 RC 墩的损伤计算程序。 速度。
［1］
LIU 等 ［26］ 采用数值模拟方法分析了彻底关大桥在落 RC 墩有限元模型如图 1 所示。RC 墩的高度 H
石撞击下的动力响应与破坏行为，并采用主观确定 分别为 3、5、7、9 和 11 m，墩底与基础固定，墩顶与横
的载荷曲线进行落石冲击动力分析。ZHONG 等 ［27］ 梁固定。RC 墩的纵筋直径为 0.028 m，配筋率 γ 分别
通过总结 RC 墩的损伤机制，提出了一种钢砂防护 为 1.2%、2.5% 和 3.6%。箍筋直径为 0.008 m，撞击

图 1 试验的有限元模型
Fig. 1 Finite element model of the test