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原文传递道路护栏碰撞分析

论文题名：	道路护栏碰撞分析
关键词：	道路护栏;碰撞性能;实验;有限元;动力学;结构设计;计算;模拟程序;车辆碰撞;模型;混凝土护栏;钢护栏;冲击力;安全性能;双自由度系统;碰撞条件;碰撞过程;基础设计;单自由度;位移
摘要：	护栏是保护乘员安全的重要设施，针对目前国内外研究中存在的问题，本文比较系统地进行了护栏开发研究，在此基础上，着重分析了车辆碰撞护栏的过程。通过大量的高速和一般公路调查发现，规范中碰撞条件与标准和实际差异很大，造成目前我国护栏设施的安全性普遍不足，以致恶性事故屡屡发生。为此在交通调查的基础上确定了碰撞条件。车辆碰撞护栏的冲击力是设计、开发和评价护栏最为重要的指标之一，而目前尚没有一个能够比较精确的计算公式，与实验结果相差非常多。笔者采用结构动力学方法，通过对碰撞过程的简化，得到简单明了的双自由度动力学模型，把混凝土护栏和钢护栏冲击力计算有机的统一起来。混凝土护栏刚度很大，可把模型简化为单自由度模型，通过计算结果与文献和足尺实验结果的比较，表明此方法精度很高。在此基础上，笔者编制了车辆碰撞砼护栏的模拟程序，与多次足尺实验比较说明模拟程序有足够的精度，可以方便地变换各种参数分析它们对碰撞结果的影响，从而得到增强护栏安全性能的方法，同时还可以进一步应用于实际事故责任判定。使用静力学有限元方法分析了多种桥梁和道路护栏，从而得到简便的护栏设计公式，在实际应用中取得了较好的效果。分析护栏基础破坏形式，提出护栏基础设计模型，并利用模型实验获得设计参数，足尺实验证明这种方法有很高的安全度。应用大型动力学有限元软件——PAMCRASH分析了坡度对碰撞性能的影响，然后改进了以前的护栏形式，提高了护栏的安全性能。分析钢护栏碰撞过程时，首先应用结构塑性动力学和刚体动力学理论对柔性梁进行了改进，但结果表明这种方法计算结果与实际差异很大，不能真正反映出实际的碰撞过程。因此将双自由度系统继续简化为双弹簧单自由度系统，从而能通过给定允许位移求出碰撞力。然后笔者编制了碰撞的模拟程序，计算结果与有限元分析结果十分相近，表明这种方法的有效性。接着又与四次有效的足尺实验结果进行了比较，无论时间、车辆位移和护栏的位移，都相当接近实验结果。笔者在资料分析和碰撞力计算基础上提出钢护栏的结构设计方法，分别对横梁、立柱、螺栓等构件进行检验，并详细分析了各构件对碰撞性能的影响，计算与多次足尺实验的结果一致。为了详细分析每个参数对护栏碰撞性能的影响，笔者使用PAMCRASH程序对碰撞进行了模拟分析。分别探讨了车辆速度、立柱间距、横梁厚度、立柱强度、防阻块强度等因素对碰撞的影响，然后对足尺实验的护栏形式进行了模拟，通过与实验的比较，说明只要把握计算的原理、模型与实际的差异，那么使用动力学有限元分析就能够来指导足尺实验。通过22次足尺实验得到了三种山区公路护栏形式，它不仅验证了理论方法的正确性，同时也可以根据实验结果来进一步改进护栏结构形式。关键词：护栏，冲击力，结构设计，静力学有限元，动力学有限元，基础设计，模拟，足尺实验
作者：	石红星
专业：	道路与铁道工程
导师：	吕伟民;贾日学
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学交通运输学院
学位年度：	2002
正文语种：	中文