棚洞是常用于隧道洞口等落石灾害频发区域的一种被动式防护结构,其主要由支撑结构和缓冲层两部分组成。钢筋混凝土刚性棚洞具有较高的防护能级,但建造周期长、占地面积大、成本高等缺陷突出,整体性价比不高。相比之下,钢结构柔性棚洞具有结构简便、成本经济的优势,然而既有钢结构柔性棚洞存在支撑结构与缓冲层结构界限模糊、防护能级低、模块化程度低等问题,导致系统中关键结构构件分工不明晰,整体结构经常发生失效破坏,运营维护成本高。基于此,本文提出一种新型模块化钢结构柔性棚洞,该系统具有模块化程度高、耗能能力高、多层防护等特征。通过足尺模型试验和数值模拟的技术手段,对该系统的抗冲击性能开展了研究,探明了系统的传力受力机制、变形特征和耗能机制。本文的主要研究内容如下:（1）分析总结棚洞结构的研究现状和存在的问题（第1章）。从棚洞结构体系、防护性能及设计计算方法等方面对棚洞的工程应用和研究现状进行了系统地梳理,指出了现有体系存在的缺陷以及研究的不足,明确了本文的研究内容和技术路线。（2）提出了模块化钢结构柔性棚洞体系（第2章）。明确了结构设计的性能需求,据此设计了模块化钢结构柔性棚洞,介绍了系统的组成和构造,并阐明其工作原理。（3）开展了柔性缓冲层足尺冲击试验（第3章）。揭示了柔性缓冲层在冲击作用下的工作全过程和性态曲线,分析了松弛、张紧、回弹三个阶段中系统各部件的受力、变形特征和变化规律,阐明了系统的破坏模式和失效机制。研究表明:冲击过程中缓冲层索托柱呈现外侧受拉内侧受压的受力状态,试验模型由于制作误差出现了失稳屈曲失效。（4）建立了柔性缓冲层的数值模型,分析了系统的耗能分布特征（第4章）。基于LS-DYNA程序建立考虑滑移边界、碰撞摩擦、非线性变形等因素的柔性缓冲层精细化数值模型,通过与试验结果对比验证了模型的有效性。在此基础上,分析了试验模型系统和各部件的耗能分布规律,揭示了系统的耗能机制和变形特征。由于缓冲层结构的失稳屈曲导致支撑构件的耗能较大,未能充分发挥系统的缓冲耗能作用,在实际应用中应避免该情况。（5）开展了改进型柔性缓冲层的足尺冲击试验,分析了关键参数对系统抗冲击性能的影响规律（第5章）。开展了改进型柔性缓冲层足尺冲击试验和数值模拟分析,对比分析了改进前后的柔性缓冲层,揭示了改进型柔性缓冲层具有更高的耗能效率和更稳定的结构;同时探明了改进型柔性缓冲层的变形仍有着松弛、张紧、回弹三阶段。分析了关键参数落石质量和速度对系统抗冲击性能的影响规律,在相同冲击能量下,随着落石质量的增加,落石的加速度峰值呈幂指数衰减、落石的最大冲击力和系统的总耗能比例逐渐增大;而在相同落石质量下,随着冲击速度的增加,落石的加速度峰值呈指数规律增长,且冲击力逐渐增大。明确了柔性缓冲层的失效模式主要分为支撑构件的失稳屈曲和缓冲构件的断裂破坏,本文提出的柔性缓冲层在3000k J冲击工况下钢丝绳发生断裂破坏,达到了系统的极限承载力。