近年来,为保护铁路桥梁的安全,《铁路运输安全保护条例》规定,下穿铁路桥梁、涵洞的道路,应当按照国家有关标准设置车辆通过限高标志及限高防护架。但是,由于限高防护架设计的不合理或着驾驶人员的错误驾驶等原因,造成限高防护架与超高车辆的碰撞事故屡见不鲜,不仅造成了巨大的经济损失,也严重威胁着铁路桥梁的安全。因此,研究限高防护架与超高车辆的碰撞机理,对改进防护架的设计,提高防护架的抗碰撞能力具有重要的应用价值和现实意义。本文在考虑土-结构相互作用的基础上,基于ANSYS/LS-DYNA对不同工况下限高防护架与超高车辆的碰撞事故进行了非线性数值模拟,对碰撞区域、碰撞力的大小、碰撞作用时间、能量转化等方面进行了研究,得到了以下主要结论:(1)碰撞物初速度和质量对碰撞力有重要的影响。碰撞力的最大值随着碰撞初速度的增大而增大,且两者近似成正比关系,局部碰撞力和碰撞力平均值也随着初速度的增大而增大,但不成正比关系;碰撞力的最大值随着质量比(车辆质量/防护架质量)α的增大而减小,局部碰撞力和碰撞力平均值则随着碰撞物质量的增大而增大。建议在设计中,确定碰撞力设计值时应综合考虑初速度和质量的影响。(2)考虑土-结构相互作用后,碰撞力最大值、局部碰撞力、碰撞力平均值与柱底固结条件相比都增大,其中碰撞力的最大值增幅最大,达到20%左右,局部碰撞力和碰撞力平均值的增幅较小,达到5%左右。同时,随着碰撞初速度和质量的增加,碰撞力的最大值、局部碰撞力、碰撞力平均值的增幅都呈现逐渐增大的趋势。(3)碰撞物的初速度和质量的增大都会使限高防护架的碰撞作用时间增加。在初速度和质量相同的条件下,考虑土-结构相互作用后,限高防护架的碰撞作用时间减小。(4)系统能量绝大部分转化为防护架结构的塑性变形能,限高防护架在碰撞中获得的动能与内能相比非常小。(5)限高防护架结构的破坏主要发生在上部横梁和支撑区域,且其动力响应表现出明显的区域性,体现为:从横梁中间部位至立柱的底端,各构件的动力响应逐渐减弱。