近些年,国家经济发展水平不断提高,各项交通运输事业的发展也在不断加速,特别是因为国家西部大开发和“一带一路”战略的需要,我国兴建了许多条连接西部的道路与铁路。但由于我国西部降水量丰富,是众多大江大河的源头,并且该地区悬河岸山体巨大且较高,崖陡峭,十分容易发生滑坡、泥石流和崩塌落石等地质灾害。因此,在我国西部山区沿河谷地带的公路时常会发生落石撞击桥梁事故,山区桥梁的日常运营维护受到了极大影响。目前,落石撞桥已成山区桥梁规划中需要着重注意的环节。由于落石碰撞试验成本较高,目前仅有少量的足尺落石桥梁碰撞试验。部分学者采用简化的缩尺模型或等效落石模型进行试验研究。大部分研究者主要采用有限元方法对落石与桥梁问题进行研究。总体来看,由于落石与桥梁碰撞问题较为复杂,而大多数研究者在分析过程中参数选取的还不够,并未对落石撞击位置、桥墩的配筋率以及轴压比进行全面的分析桥梁的损伤,值得进一步研究。本文以西部某一桥梁为研究对象,采用非线性接触有限元方法,研究落石撞击作用下桥梁的动态响应、损伤规律以及破坏形式,并基于研究结果探索一种更加安全经济的防护装置。主要有以下几个研究内容:1.首先综述了我国西部桥梁众多,然后西部山区地质活动频发,然后整理了国内发生大型落石灾害的案例,发现主要都发生在我国西部山区,以此引出论文的研究背景以及意义。介绍分析了国内外研究落石方面的概况,包括落石撞击力、落石灾害风险、桥墩在冲击下的动态响应及损伤、抗落石冲击防护措施等方面的研究。然后详细的介绍LS-DYNA程序以及非线性接触有限元方法理论并且对本文所涉及的材料本构方程进行了详细的介绍。2.基于钢筋混凝土梁冲击试验对数值仿真方法进行验证,并结合能量守恒定理验证本文有限元模型材料和接触算法的正确性。然后基于非线性接触有限元方法理论建立本文中所涉及的有限元数值模型。3.根据西部山区一座双柱式桥梁为研究对象,采用LS/DYNA建立了高精度三维实体碰撞有限元模型,分析了落石参数对桥梁动态响应及损伤的影响,并将桥墩撞击力时程曲线与各个国家规范给出等效撞击力计算公式进行对比和讨论。4.基于结构动力学基本原理,建立了高精度落石-桥梁碰撞有限元模型,采用ANSYS/LS-DYNA计算模块,对落石撞击桥梁倒塌过程进行全过程模拟,并对比分析不同参数下桥梁的破坏过程与倒塌模式,分析桥墩受高能量落石冲击后的破坏形式,和易破坏位置。5.建立考虑桥墩直径、落石撞击速度、落石撞击位置、桥墩钢筋配箍率以及桥墩轴压比等落石冲击作用的三维非线性仿真分析模型。研究在不同参数的影响下,落石冲击对桥墩损伤作用的影响机理和损伤演化规律。6.详细介绍了四种常见桥墩防撞设施,然后对三种常见的防撞设施进行碰撞分析,以工程的实际需求设计了一种新型复合结构防撞设施,并进行碰撞分析。最后对四种防撞设施以及无防护的情况进行对比分析,分析五种工况的墩顶位移和损伤体积,以此为依据并结合碰撞过程的情况为落石冲击相关设计提供参考。