详情

原文传递山区普通国省道波形梁护栏碰撞仿真及其改造利用研究

论文题名：	山区普通国省道波形梁护栏碰撞仿真及其改造利用研究
关键词：	公路安全;波形梁护栏;碰撞仿真;防护性能
摘要：	随着近些年来我国社会经济的高速增长和交通运输业的不断发展，以往建造的诸多公路基础安全设施存在老化需要更换的问题，已经逐渐无法完全满足现行交通道路的安全防护要求。波形梁护栏作为路侧的被动安全防护设施，对道路安全的作用至关重要，同样存在使用年份较久、护栏损坏的问题，尤其位处我国西部地区的山区普通国省道公路，路侧交通安全设施急需提升防护能力。根据我国2006版的《公路交通安全设施设计规范及细则》规定的A级波形梁护栏，采用的二波波形梁板，而2017年颁布的现行《公路交通安全设施设计规范及细则》上的相关要求，A级波形梁护栏应采用三波波形梁板。对护栏的更换的工程中，由于完全拆除原有的A级护栏会造成资源浪费，不符合我国“绿色交通”的发展趋势，且拆除护栏再重新安装的工期较长，会影响交通出行。因此，本文提出一种在原有A级波形梁护栏不变动的基础上进行改造升级的护栏，并对原有护栏以及改造护栏进行有限元模拟的防护性能分析评价，验证改造护栏在仿真试验中是否符合规范要求，主要有以下三个方面的研究内容：　　（1）通过有限元仿真方法，分别建立了波形梁板模型、防阻块模型以及立柱模型，并确定了护栏各个构件的焊点连接方式，建立了完整的原有A级护栏有限元模型。选择小客车模型、大客车模型以及货车模型作为仿真碰撞试验车辆，通过车辆模型与刚性墙的正碰试验，验证了这三种车辆模型的可靠性。对碰撞模型的边界条件、接触类型、时间步长、沙漏能及输出控制等参数进行了设置，耦合车辆模型与护栏模型的碰撞系统，建立了完整的车辆-护栏的碰撞仿真有限元模型。　　（2）探讨了在路面加高50mm的工况下，原有A级护栏是否能够满足应有的阻挡功能、缓冲功能以及导向功能。通过HyperView软件，对计算完成的原有A级护栏模型与三种车型的碰撞仿真结果，分析结果中的车辆运行轨迹、车辆重心高度变化、碰撞力的变化、碰撞过程车辆重心速度及加速度变化、车辆动态外倾值、护栏模型的位移及应力变化等方面的数据。其中大客车与货车的最大外倾值分别为2260mm、2013mm，说明车辆模型驶离护栏保护区域，结果表明，原有A级护栏对于大客车以及货车的防护能力不足。　　（3）根据新旧规范的A级波形梁护栏的区别，以及护栏优化设计的研究分析，提出了一种护栏整体加高400mm、立柱间距由4m加密为2m的综合改造方案，即仍使用既有的双波波形梁板，且不改变原有立柱的埋置位置，这种改造方案能够充分利用既有波形梁护栏的资源，便于施工，对道路交通通行影响较小。建立了改造护栏与小客车、大客车以及货车模型的碰撞仿真有限元模型，根据改造护栏与三种车型的碰撞仿真结果，分析在路面加高50mm的工况下，结果中的车辆运行轨迹、车辆重心高度变化、碰撞力的变化、碰撞过程车辆重心速度及加速度变化、车辆动态外倾值、护栏模型的位移及应力变化等方面的数据，研究改造护栏否能够满足应有的阻挡功能、缓冲功能以及导向功能。其中小客车的最大碰撞速度以及加速度分别为5.9m/s、137m/s2，满足规范要求，且三种车辆均未驶离护栏并回到了道路原有行驶方向，结果表明，改造护栏方案能有效保护三种碰撞车辆模型，具备规范中要求的A级护栏应有的阻挡功能、缓冲功能和导向功能。　　通过以上研究，本文得出基于原有A级护栏进行改造利用的改造护栏的防护性能均满足各项评价指标和相应规范的结论，且改造护栏的综合防护性能较原有A级护栏更加优异。
作者：	刘倬雨
专业：	交通运输工程
导师：	孟云伟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023