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原文传递基于碰撞仿真的桥梁护栏防护性能提升方法研究

论文题名：	基于碰撞仿真的桥梁护栏防护性能提升方法研究
关键词：	桥梁护栏;防护性能;碰撞仿真;改造工作
摘要：	桥梁护栏作为桥梁行车安全的重要保障设施，对桥面行车安全起着非常重要的保护作用。随着中国经济的快速崛起，高速公路上车辆的增多，基于旧规范所建的桥梁护栏已经不能满足现行的防护标准，致使近几年车辆撞毁护栏的事故时有发生，在社会上造成了严重的不良影响。因此，研究车辆与护栏的碰撞过程，进行在役桥梁防撞护栏的防护防撞能力提升，对今后的护栏改造与设计具有一定的参考意义，同时对减少交通事故损失具有重大意义。本文主要研究内容如下：　　1）对在役桥梁护栏和高速公路上行驶车辆进行调研，以其中使用最多的组合式护栏和常见的三种车型建立有限元仿真模型，进行车辆正碰刚性墙的仿真分析，所建车辆模型能准确反应车辆在实际碰撞过程中的变形情况。随后将车辆模型与在役桥梁护栏模型进行耦合。采用与实车足尺碰撞试验相同的碰撞条件，对车辆-在役桥梁护栏仿真模型进行有限元仿真分析，结果表明：车辆-在役桥梁护栏仿真分析模型能较好的模拟真实情况下车辆与护栏碰撞过程；碰撞过后车辆发生了侧翻，基于早期防护标准所建在役桥梁护栏的防护能力不能满足现行防护标准，需要提升在役桥梁护栏的防护性能。　　2）在车辆与在役桥梁护栏碰撞仿真分析结果基础上，提出了三种用于在役桥梁护栏防护性能提升的技术改造方法（钢制双横梁改造方法、复合材料改造方法、旋转桶改造方法），运用LS-DYNA软件对改造后的护栏建立精细化仿真模型，采用不同车型对三种改造护栏进行了SB级条件下的碰撞仿真分析，发现小汽车在撞击钢制双横梁改造护栏时，其质心加速度最大值超过了200m/s2，不符合现行标准下的护栏缓冲功能要求；大客车在撞击复合材料改造护栏时，护栏底部产生的最大弯矩值会超过护栏所能承受的最大弯矩值，加大了车辆冲出护栏的安全隐患；旋转桶改造护栏在三种车型的撞击下均能发挥出良好的防护效果。　　3）对旋转桶改造方法进行不同改造高度下护栏防护性能的研究和结构参数优化。以1300mm、1350mm、1400mm、1450mm、1500mm五种高度研究旋转桶改造方法的防护性能，发现随着护栏高度的增加，护栏的能量吸收量和护栏底部所承受的弯矩值也随之增加，在护栏高度超过1400mm后，护栏的能量吸收量和护栏底部所承受的弯矩值增量较小；车辆自身的内能随着护栏高度的增加先减小后增大，在1400mm时产生的内能最小。随后，以1400mm作为旋转桶改造护栏的高度，对影响旋转桶改造方法防护性能的旋桶间距、旋转桶直径、立柱厚度、横梁厚度四种影响因素进行正交优化仿真试验，从正交优化后的试验结果中发现，amp;nbsp;当四种影响因素的组合为1500mm（旋转桶间距）、160mm（旋转桶直径）、6mm（立柱厚度）、6mm（横梁厚度）时，旋转桶改造护栏的防护性能达到最优状态。　　4）对经过正交优化后的旋转桶改造护栏进行不同碰撞角度和不同碰撞速度下的仿真分析，发现车辆碰撞角度和碰撞速度的增加均会导致小汽车质心加速度和护栏底部弯矩值增大。当角度增加到22°以上或速度增大到110km/h以上时，小汽车的横向质心加速度最大值均会超过规范规定的200m/s2。车辆撞击速度对于优化后护栏防护能力的影响要高于碰撞角度对于优化后护栏防护能力的影响。
作者：	俞洪政
专业：	土木工程;桥梁与隧道工程
导师：	钱骥;李琦
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022