高速公路旧波形梁护栏实际防护等级评价方法研究

我国高速公路经过20 a的快速发展,波形梁护栏是我国高速公路上应用最广泛的护栏形式,在日常养护和改扩建工程中经常涉及到旧护栏防护等级评价的问题。通过对旧波形梁护栏使用情况的调研,建立了旧波形梁护栏实际防护等级评价模型,对影响波形梁护栏防护等级的结构形式、防护范围、立柱和波形板材料性能、立柱埋深、土压实度等指标进行量化处理,对护栏的防护性能进行计算,以确定处于不同运营阶段的波形梁护栏具备的实际防护等级。     

高速公路中央分隔带波形梁护栏高度的研究

以波形梁护栏静载缩比试验和冲击试验为基础,考虑护栏在碰撞时波形梁的全梁弯曲塑性变形是主要变形,其车辆的碰撞能主要由波形梁护栏的弯曲塑性变形能吸收,结合实际护栏和截面特性,建立了波形梁护栏和车辆计算模型;根据动能定理,以能量守恒为基础,考虑汽车碰撞护栏达到极限状态时,其动能全部转换为其他形式的能量,结合护栏的主要变形,建立高速公路中央分隔带波形梁护栏高度计算模型;采用调查咨询分析的方法,以大货车为主要车型,初始碰撞角度为20°,运行速度的80%作为碰撞速度,从而确定了波形梁护栏高度计算模型中的有关参数。研究结果表明,适合中国高速公路中间带波形梁护栏的高度宜为87.6 cm,可有效地防止大型车跃出和小型车钻撞护栏等恶性交通事故的发生。     

高速公路中间带波形梁护栏高度

针对中国高速公路中间带护栏高度不足的问题,对高速公路中间带波形梁护栏的高度进行研究。采用能量守恒方法,在构建波形梁护栏和车辆计算模型的基础上,建立高速公路中间带护栏高度计算模型;并采用调查分析的方法,对交通事故、交通组成以及相关车型的设计参数进行分析,确定了护栏高度计算模型中的有关参数。研究结果表明,适合中国高速公路中间带波形梁护栏的高度宜为87．6cm,可有效地防止大型车跃出和小型车钻撞护栏等恶性交通事故的发生。     

我国的护栏设计条件及波形梁护栏结构机理

设置护栏是保障公路交通安全的有效措施，本文针对我国的道路交通条件，车辆构成和国民经济发展状况的分析，提出了我国的护栏设计条件，并就车辆冲撞波形梁护栏的力学特性，比较分析了美，日两国的护栏设计指导原则和结构特性，据此论证了我国波一菜梁护栏设计所应依据的结构机理，并介绍了已在我国公路上推广应用的变截面波形梁护栏。     

基于加速度指标的波形梁护栏缓冲功能风险分析研究

为研究波形梁护栏加速度风险指标的影响因素和机理,采用实车足尺碰撞试验和计算机仿真分析方法,研究了护栏防护能量、护栏板尺寸以及立柱等因素对车辆加速度的影响,结果表明:护栏碰撞加速度与护栏结构的整体防护能量成非单调关系;加速度随波形梁板的截面模量增大先减小后变大,存在最优的护栏板的截面模量;护栏方柱由于棱角突出,相较于圆柱对车辆的加速度影响更大;可通过缩短立柱间距的方法,而降低车辆的加速度,降低安全行车风险。     

波形梁护栏应用关键因素对防护性能的影响研究

在明确建模和计算方法可靠的基础上,通过改变护栏的中心高度、腐蚀程度以及拼接螺栓缺失形态,对现有2 m立柱间距A级波形梁护栏进行了计算机模拟碰撞试验,以分析这些应用关键因素变化对护栏防护性能的影响。结果表明:(1)护栏中心高度在58~62 cm范围时,现有护栏具有A级防护水平;(2)护栏板的腐蚀裕量为0.4 mm,当波形梁护栏板的减薄量不大于0.4 mm时,现有护栏的防护能力可达到A级水平;(3)拼接螺栓缺失可能使现有波形梁护栏的防护能力有一定程度的降低。当拼接螺栓小于4颗时,护栏具有A级防护水平,而当拼接螺栓缺失数量大于等于4颗时,剩余螺栓不同的布置方式可能使护栏的防护能力达不到A级水平。     

边坡和路缘石对波形梁护栏防护能力的影响

以双层波形梁护栏为基础,组织实车碰撞试验并建立有限元仿真碰撞模型,采用试验结果对仿真模型进行可靠性验证后,对边坡和路缘石对波形梁护栏防护能力的影响进行分析研究。发现双层波形梁护栏变形试验结果和仿真结果一致,最大动态变形量小客车碰撞试验结果和仿真结果分别为740mm和728mm,大客车碰撞试验结果和仿真结果分别为1 469mm和1 420mm,小客车长度、宽度、高度方向重心加速度试验结果分别为13.6g、12.1g和10.3g,仿真结果分别为15.3g、9.8g和9.9g;保证压实度且路基边缘线距离波形梁护栏立柱外沿距离不小于25cm的边坡设置方式对波形梁护栏防护性能影响不大;不设置路缘石、路缘石不突出护栏迎撞面两种设计方式合理,路缘石突出护栏迎撞面会对波形梁护栏防护性能产生较大不利影响。研究结果可有效地指导波形梁护栏实际工程应用,并为相关规范修订提供基础数据。     

高速公路在用波形梁护栏适应性评价和提升改造技术研究

早期修建的高速公路波形梁护栏已经达到或接近使用年限,防护能力水平与现阶段交通流的适应性问题突出。对某高速公路在用路侧波形梁护栏的适应性评价和提升改造技术进行研究。对运营期间可能发生变化的波形梁护栏结构参数进行现场检测,包括波形梁板中心高度及波形梁板、立柱和防阻块的镀锌涂层厚度等,并对波形梁板进行取样并实验室送检,检测材料力学性能。波形梁板出现明显锈蚀,材料力学性能仍然能够满足要求,腐蚀导致的波形梁板有效厚度减小将影响护栏的防护能力。结合现行设计规范的规定以及护栏防护比例的分析,对应于路侧事故严重程度为"中"和"低"时,路侧波形梁护栏的防护等级应分别达到SB级(280kJ)和A级(160kJ)。根据护栏适用性评价结论,综合考虑经济性和运营安全风险,建议的处置措施包括原设置护栏防护能力保持和提升。在事故率以及事故风险较低的路段,建议更换锈蚀严重的波形梁板,更换的过程中应确保波形梁板中心高度满足容许偏差要求。在事故风险较高的路段或者曾发生过护栏防护失效事故的路段,建议将护栏提升改造为满足《公路交通安全设施设计细则》(JTG/T D81—2017)的要求,并给出经实车碰撞试验验证、防护等级达到A级(160 kJ)的双层双波护栏改造方案。防护等级SB级(280 kJ)的护栏提升改造建议采用拆除原护栏、设置JTG/T D81—2017规定的SB级波形梁护栏的处置方案。     

土基中波形梁护栏立柱的有限元模型研究

论述了土基在车与波形梁护栏碰撞过程中起着重要的作用,波形梁护栏立柱与土基的相互作用缺乏有效的建模方法,建立土基的实体模型将导致单元规模的增大和求解时间的延长。在对土壤材料模型输出的压缩变形特性和屈服特性进行了测试的基础上,使用非线性有限元软件LS-DYNA对波形梁护栏圆形立柱与土基的相互作用进行了模拟,探讨了使用非线性梁单元来正确模拟车与波形梁护栏碰撞过程中立柱与土基的相互作用,土基与立柱的相互作用力可简化为:垂直于波形横梁板的分力(X方向);平行于波形横梁板的分力(Y方向),为研究车与波形梁护栏碰撞过程中土基对护栏安全性能的影响提供了一种有效的方法。     

公路波形梁护栏改造临界高度仿真研究

针对公路加铺罩面导致路侧波形梁护栏防护高度下降引起的波形梁护栏防护等级不足问题,运用HyperMesh和LS-DYNA联合仿真方法,基于加铺罩面导致的护栏高度降低值建立了5种高度的二(B)级波形梁护栏有限元模型,开展了皮卡车、货车分别碰撞护栏的仿真试验。选择车辆侧翻、车辆重心加速度、车辆驶出角度、护栏最大动态变形量4个指标对护栏的防撞性能进行评价。研究结果表明:护栏高度与车辆重心加速度、驶出角度呈负相关关系,与最大动态变形量呈正相关关系。当护栏高度低于标准护栏高度150 mm时,皮卡车与货车均会发生侧翻。因此,车辆重心加速度、驶出角度、车辆侧翻指标能够用于护栏加高的判断指标。综合各指标分析结果,当二(B)级波形梁护栏高度低于标准时,需要进行加高设计。     

关于高等级公路护栏设计几点问题的探讨

结合几条高等级公路的护栏设计经验,对几个典型的护栏设计问题以及解决思路进行总结和探讨,具体包括波形梁护栏端部设计、护栏过渡段设计、中央分隔带活动护栏设计、特殊路段护栏设计以及护栏的选型等,为高等级公路护栏设计提供借鉴和参考。     

贵州普通干线公路波形梁护栏再利用技术研究

根据贵州普通国省干线公路波形梁护栏现有情况,结合波形梁板受到锈蚀、路面加铺后原波形梁护栏由于高度不足,无法满足防护能力要求,进行旧波形梁护栏防腐翻新技术及接高再利用的调查及技术研究.     

波形梁护栏加高改造设计研究

高速公路罩面导致路面结构层变厚,路侧护栏的防护高度降低。通过Hypermesh和LS-DYNA联合仿真试验方法建立了防护高度与护栏安全性能的关系模型,并提出了合适的加高改造方案。运用相似性原理,设计了改造立柱的缩尺模型试验,并通过碰撞仿真试验分析了护栏变形状况和车辆运动状态。结果表明,波形梁护栏高度降低100 mm以上,小客车和货车会发生侧翻;加高改造立柱的能量吸收率和缓冲能力优于标准立柱;改造后护栏满足A级波形梁护栏标准。     

波形梁钢板护栏的镀锌质量及对使用的影响

波形梁钢板护栏因其优良的防撞性能、较好的经济性和施工安装的简易方便性，在我国的高速公路护栏工程中得到了广泛的使用。而波形梁钢板护栏镀锌的目的是为了防止钢构件的锈蚀，保证钢护栏始终具有良好的工作性能。     

波形梁护栏加高改造方案研究

针对公路罩面导致的路侧波形梁护栏防护高度不足,研究并提出了基于内套管节点加高法的波形梁护栏加高改造方案,该方案可实现护栏随路面升高调节高度。采取HyperMesh和LS-DYNA联合仿真的方式开展了皮卡车、货车的有限元仿真试验对该种加高方案的可行性进行验证。通过对车辆重心加速度、车辆重心速度、车辆驶出角度、护栏最大动态变形量4个指标对护栏的防撞性能进行评价。通过各指标的分析结果以及对加高方案的阻挡功能、缓冲功能、导向功能、吸能作用的综合评价,证明了经过内套管节点加高法改造后的护栏满足B级波形梁护栏标准,适用于我国现行公路旧有波形梁护栏改造。     

新型中央分隔带波形梁护栏研究

简要回顾了高速公路护栏研究现状。通过优化中央分隔带波形梁护栏的各结构构件和分析护栏整体性能 ,提出一种新型中央分隔带波形梁护栏。本文主要采用的技术方法为理论分析、模型试验、有限元动态数值模拟、实车碰撞试验。最后对需要进一步开展的护栏研究工作进行了展望     

基于仿真模拟技术的SB级波形梁护栏梁板中心设置高度研究

由于实际工程中波形梁护栏梁板中心高度区别于设计标准值的现象时有发生,其对护栏的安全防护性能将带来不同程度的影响。为了护栏的合理使用和公路的安全运营,基于广泛应用的SB级波形梁护栏规范推荐结构,开展了实车足尺碰撞试验验证其安全可靠性,并采用高精度计算机仿真模拟技术手段,对规范规定的护栏梁板中心高度允许误差值±20 mm进行了分析,验证其合理性;且运用二分法探索研究了护栏梁板中心高度的设置区间为617～777 mm,同时结合相关仿真碰撞数据分析得到护栏有效高度在一定范围内越低,对小型车辆防护效果越有利,但对大型车辆阻挡性能越不利,护栏有效高度在一定范围内越高,对大型车辆防护效果越有利,但对小型车辆缓冲及导向性能越不利的结论。     

波形梁护栏立柱承载能力研究

立柱作为波形梁护栏的重要组成构件,其承载能力大小直接影响护栏的安全防护性能。为了更好地指导波形梁护栏结构设计与工程应用,基于规范推荐的波形梁护栏多种立柱结构形式和基础埋置方式,采用单元静载试验和单元仿真模拟的方法对立柱承载能力进行较为系统的研究。结果表明:立柱结构弯曲是其承载力得到充分发挥的主要体现形式,当立柱埋置于土基础时,立柱抗弯刚度越大,折弯点越靠下;对于相同立柱结构,埋置于土基础中的立柱折弯点更靠下,埋置于混凝土基础中的立柱折弯点更靠上。     

高速公路波形梁护栏施工的质量控制

在波形梁护栏工程施工的实践中，总结出对波形梁护栏工程5大指标的施工质量控制的基本方法。     

新型A级波形梁护栏实车足尺碰撞试验

2013年交通运输部颁布实施了《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-1-2013),广东省交通运输厅组织开展了广东省部分在建高速公路护栏的安全性能评估。为验证新型A级波形梁护栏是否满足《评价标准》对A等级护栏的要求,依据《评价标准》,采用三种车型对新型A级波形梁护栏进行了实车足尺碰撞试验。试验结果表明新型A级波形梁护栏满足《评价标准》要求,研究成果为该结构的合理应用提供了基础数据。