桥梁结构遭受车辆撞击损坏的事故日益增多,造成巨大的经济损失及不良的社会影响。目前的防车撞装置研究主要基于传统的船撞研究思路,比如橡胶防护,人工岛以及复合材料防护装置等。但上述措施在工程应用中存在一定问题,比如:橡胶防护能力较弱,混凝土人工岛在高能量的激烈碰撞时自身和车辆的损毁非常严重。单纯复合材料防撞装置遭受冲击时局部脆断严重,结构整体吸能效率较低。在此背景下,湖南大学樊伟副教授提出了一种新型的波纹钢管—UHPC组合防撞结构,可有效保护桥梁结构和车辆,同时能在一定程度上实现构件的重复利用,具有长期的经济效益和巨大的应用潜力。针对此新型结构,主要完成的工作和结论如下:(1)建立以最大撞击力和比价能为目标响应,UHPC梁截面高宽比、UHPC强度、受拉钢筋配筋率和体积配箍率为设计变量的多目标优化数学模型。并基于Box-Behnken试验设计选取样本点,建立了高阶的响应面代理模型。利用方差分析等统计方法进行拟合效果及预测精度的评估,并分析了参数变化的敏感性。最后,将响应面代理模型与多目标遗传算法结合形成了UHPC梁耐撞性能多目标优化分析方法。上述的优化方法与思路能较好地应用于类似问题(如滚石撞击、车撞和船撞)的优化设计中,也将促进UHPC有效地运用于冲击防护结构中。(2)根据提出的波纹钢管-UHPC组合防撞结构,开展试件设计、材性试验和落锤冲击试验,重点研究了落锤高度、波纹管厚度、波纹管排布密度、加劲肋和锤头形式对抗冲击性能的影响。试验记录了冲击荷载作用下的力、位移时程响应,并通过高速摄影机拍摄了防撞结构的变形过程。试验结果表明:该防撞结构具有良好的缓冲效果和吸能稳定性,其在冲击作用下的破坏模式和结构响应主要和UHPC面板与波纹管之间的相对刚度有关。(3)基于波纹管压缩试验结果修正了不锈钢材料参数,并采用LS-DYNA建立了波纹钢管-UHPC组合防撞结构冲击分析有限元模型。将数值仿真与落锤冲击试验结果对比发现:该有限元模型能准确地模拟试验中的变形损伤以及冲击力时程,位移时程等结构响应,具有一定的有效性及适用性。在此基础上,将有限元分析与响应面代理模型结合,分析了主要设计参数对抗冲击性能的影响。(4)以工程应用中常见的三柱排架墩为例,提出了两种速度下的防护尺度。然后,利用经过验证的卡车和防撞装置有限元模型,设计构型并开展仿真工作。结果表明安装防撞结构可以有效吸收卡车冲击能量,降低桥墩所受的冲击响应,减轻桥梁和车辆的损伤。最后对防撞装置开展多目标优化设计,优化后的最大冲击力和桥墩撞击点位移进一步降低。鉴于UHPC优异的材料性能,波纹钢管—UHPC组合防撞结构在桥梁防护中具有良好的应用前景。