随着我国交通运输事业在西部地区的快速发展,高速公路、桥梁逐渐覆盖至更加偏远的山区,作为连接路线纽带的桥梁成为不可替代的交通基础建设。然而由于山区位置地质条件十分恶劣,经常出现块石滑落现象,因此滚石灾害对山区桥梁造成了严重威胁。近年来频发的滚石撞击桥梁事故中,桥梁结构都受到极大程度损伤,山区滚石对桥墩的冲击作用也逐渐引起重视。本文建立了三种截面形式的桥墩数值模型,分析滚石与不同截面形式的桥墩碰撞的动态响应结果。并且选取圆柱式桥墩为研究对象,分析在滚石与桥墩撞击过程中影响桥墩动态响应的因素。以下是本文主要研究内容及成果:(1)介绍了国内外关于滚石碰撞问题计算理论以及有限元实现方法;阐述了在数值模拟过程中需要注意的问题以及解决方法;对本文中桥墩有限元模型、材料模型的选取及材料参数的确定进行详细说明。(2)使用LS-DYNA有限元软件建立了圆柱式墩、方柱式墩、空心薄壁墩数值模型。从滚石撞击力、桥墩顶部及背部位移、等效应力分布情况、混凝土损失比、混凝土剩余内能、钢筋变形及轴向应力等方面对比分析了三种桥墩在滚石冲击作用下的动态响应情况。研究结果表明,滚石撞击力大小受撞击接触面面积及桥墩截面刚度影响较大,撞击面面积越大或截面刚度越大都会导致滚石撞击力增大。在方柱式桥墩与空心薄壁墩的滚石撞击接触区附近转角处会出现等效应力集中现象,导致此处混凝土较易发生拉裂破坏。对于空心薄壁墩由于其结构特殊性,相较于其他两种形式桥墩,其顶部产生位移相对较大,桥墩底部等效应力也相对较大,底部容易发生剪切破坏。(3)选取圆柱式桥墩为研究对象,进一步分析了滚石速度、滚石质量、滚石撞击角度、滚石撞击位置对桥墩的动态响应及破坏规律的影响。从滚石撞击力大小、桥墩顶部及背部位移、混凝土损失比及钢筋变形情况等方面分析各参数的变化对桥墩的影响。研究结果发现,滚石速度及质量的改变对撞击力大小影响较大,其速度或质量越大滚石撞击力越大,桥墩动态响应越明显,混凝土损伤越严重,钢筋塑性变形越明显。而随着撞击角度的增大,滚石水平速度分量相应减少,对桥墩造成的影响越小。滚石撞击位置的改变对桥墩动态响应影响并不明显,但撞击位置越接近桥墩顶部,其顶部位移也越大。