Page 273 - 《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 873

字 *CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_ 1. 4 模型验证
SURFACE 进行模拟；钢壳橡胶复合防护中钢壳与
图 2 对 比 了 LS⁃DYNA 仿 真 模 型 与 试 验 模 型
橡 胶 之 间 的 相 互 作 用 通 过 *CONTACT_TIED_
RC 墩在小车撞击下的损伤模式和动态响应。可以
SHELL_TO_SOLID 进行模拟；钢壳与 RC 墩之间的
看出，仿真模型可以很好地反映出 RC 墩在试验中
相 互 作 用 通 过 *CONTACT_AUTOMATIC_SUR⁃
的破坏现象，例如图 2（a）较好地模拟出了被撞墩的
FACE_TO_SURFACE ［33⁃34］ 进 行 模 拟 ；橡 胶 与 落 石 斜切裂缝；图 2（b）和（c）准确地反映了被撞墩底的
之间的相互作用通过关键字*CONTACT_EROD⁃ 剪切破坏；比较试验模型与仿真模型的响应，可以看
ING_SURFACE_TO_SURFACE ［28］ 进 行 模 拟 。 为 出仿真模型准确地预测了 RC 墩的响应。因此，有
防止构件穿透，接触面罚函数比例系数（SLSFAC） 限元模拟方法可以较好地预测撞击荷载下混凝土构
设置为 0.3。 件的动态响应及损伤。

图 2 小车撞击 RC 墩的试验与有限元模拟结果对比 ［28］
［28］
Fig. 2 Comparison of experimental and finite element simulation results of trolley impact on RC piers

图 3 为落石冲击下混凝土板的试验与有限元模
拟结果对比。可以看出，LS⁃DYNA 仿真模型能较 2 落石撞击下 RC 墩的数值分析
好地重现冲击荷载作用下混凝土板的裂纹模式。值
得注意的是，预测的撞击坑直径为 120 mm，仅与试 利用建立的有限元模型，研究 RC 墩在落石撞
验结果相差 4.3%。此外，结果显示混凝土板背面存 击下的动力响应和损伤模式。为研究落石质量、撞
在混凝土脱落，模拟中的脱落直径为 325 mm，试验 击速度、RC 墩的高度对动力响应及损伤模式的影
中的脱落直径为 340 mm。并且，如图 3（c）所示，有 响 ，选 择 落 石 质 量 分 别 为 0.26、2.10、7.10、16.70 和
限元模型也很好地预测了混凝土板的撞击力。综合 32.60 t；撞击速度分别为 5、10、15、20 和 25 m/s；RC
以上分析可知，基于 LS⁃DYNA 进行仿真模拟落石 墩的高度分别为 3、5、7、9 和 11 m。各工况概况如
撞击混凝土构件具有较高的准确性。 表 2 所示。