雙層雙波護欄計算機仿真論文

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1計算機仿真模擬分析

1.1中型貨車仿真模擬碰撞

計算護欄在中型貨車碰撞過程中的動態(tài)變形情況，計算結(jié)果顯示最大動態(tài)變形量為1.43m，對比同等碰撞條件下分離式雙層雙波護欄中型貨車的最大動態(tài)變形量為0.81m，高出分離式護欄很多的主要原因是受到立柱間距的影響。分離式雙層雙波護欄的立柱間距為2m，而疊加式雙層雙波護欄的立柱間距為4m，在相同碰撞條件下分離式雙層雙波護欄將更多的碰撞力傳遞至護欄基礎(chǔ)，而疊加式雙層雙波護欄的護欄板承受了更多的碰撞力，通過自身變形吸收了更多的能量并將碰撞能量傳遞給更遠(yuǎn)端的護欄來將碰撞車輛導(dǎo)向。根據(jù)以往的車輛－護欄實車碰撞試驗和計算機仿真模擬碰撞分析經(jīng)驗，中型貨車與護欄碰撞過程中較容易出現(xiàn)的不合格現(xiàn)象是車輛騎跨護欄或是導(dǎo)向后側(cè)翻，雖然車輛未沖出護欄但騎跨和側(cè)翻也是不允許的。這些碰撞結(jié)果是由多種因素構(gòu)成的，相對于混凝土護欄為代表的剛性護欄和纜索護欄所代表的柔性護欄來說，由橫梁和立柱組成的梁柱式護欄即半剛性護欄最易發(fā)生此種碰撞結(jié)果，最主要的原因是護欄橫梁與立柱強度的不匹配。疊加式雙層雙波護欄與分離式雙層雙波護欄相比在疊加處提高了橫梁的整體強度，雖然立柱間距增大了但橫梁將碰撞能量傳遞至距離碰撞點更遠(yuǎn)的橫梁和立柱上，在碰撞過程中使更多的構(gòu)件參與分解和吸收碰撞能量，因此疊加式雙層雙波護欄依然可以保持對中型貨車的有效防護。

1.2中型客車仿真模擬碰撞

依據(jù)JTGB05－01－2013《公路護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》及JTGD81－2006中A級防撞等級的要求和試驗條件，對疊加式雙層雙波護欄進行中型客車的計算機仿真模擬碰撞試驗，試驗條件為車輛重量10t、碰撞速度60km/h、碰撞角度20°。計算護欄在中型客車碰撞過程中的動態(tài)變形情況，計算結(jié)果顯示最大動態(tài)變形量為1.85m，對比同等碰撞條件下分離式雙層雙波護欄中型客車的最大動態(tài)變形量為1.43m。疊加式雙層雙波護欄同樣因為立柱間距較大而導(dǎo)致動態(tài)變形量較高。相對于中型貨車，中型客車與護欄碰撞時較易發(fā)生的碰撞失敗后果是車輛騎跨護欄，梁柱式護欄發(fā)生此種現(xiàn)象的原因一般是橫梁強度不夠或橫梁有效高度不足造成的，疊加式雙層雙波護欄的橫梁中心高度為70cm、橫梁上緣距離地面85cm，其有效高度對于中型客車來說是足夠的。對比試驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)中型客車與護欄碰撞的最大動態(tài)變形量比中型貨車的數(shù)值大，這也是護欄－車輛碰撞中較為常見的現(xiàn)象。

1.3小型客車仿真模擬碰撞

依據(jù)JTGB05－01－2013《公路護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》及JTGD81－2006中A級防撞等級的要求和試驗條件，對疊加式雙層雙波護欄進行小型客車的計算機仿真模擬碰撞試驗，試驗條件為車輛重量1.5t、碰撞速度100km/h、碰撞角度20°。在護欄碰撞試驗中，小型客車與護欄碰撞的主要考核指標(biāo)是對護欄緩沖功能的計算分析。護欄緩沖功能主要體現(xiàn)在車體加速度指標(biāo)情況。x，y，z三方向加速度絕對值的最大值分別為9.12g、4.81g、11.43g均未超過20g，其結(jié)果是符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的。而分離式雙層雙波護欄的實車碰撞結(jié)果顯示其小型客車碰撞中的三方向加速度分別為9.92g，11.70g，9.40g，2者沒有明顯的差異。

2用鋼量對比

列出的分別是疊加式和分離式雙層雙波護欄的用鋼量，其中疊加式雙層雙波護欄總用鋼量為129.0kg，分離式雙層雙波護欄的用鋼量為160.8kg，相比之下疊加式護欄用鋼量要節(jié)省19.8%。在改擴建項目的護欄再利用升級改造項目中原有護欄的護欄板和立柱是可以再利用的，則疊加式和分離式雙層雙波護欄的新增用鋼量分別為57.5kg和86.3kg，相比之下疊加式護欄新增用鋼量要節(jié)省33.4%，節(jié)省的主要構(gòu)件是1個新增的Φ114×4.5×2250護欄立柱和1個196×178×200×3的防阻塊。

3結(jié)論

經(jīng)過以上分析，疊加式雙層雙波護欄與分離式雙層雙波護欄相比，其安全防護能力沒有較為明顯的差距，均能達(dá)到現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中A級防撞等級，碰撞能量達(dá)到160kJ，而疊加式雙層雙波護欄用鋼量卻比分離式要低很多，此外疊加式雙層雙波護欄因不需要新增立柱，在施工工期和安裝難易程度上具有較高的優(yōu)勢。疊加式雙層雙波護欄尚未進行實車碰撞試驗驗證，需要進一步優(yōu)化研究才可達(dá)到實際應(yīng)用和推廣的階段。

作者：蘇子興 陳新文 王成虎 單位：云南省公路開發(fā)投資有限責(zé)任公司 交通運輸部公路科學(xué)研究院