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。     

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。     

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。     

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。     

波形梁护栏立柱维修改进方案研究

波形梁护栏立柱维修过程中存在一些不规范操作,致使护栏维修后防护能力得不到保障.笔者在护栏立柱维修操作规范化的研究中,提出了2种新的立柱维修方案:一种是改进焊接法;另一种是栓接法.通过静力试验和仿真分析验证,利用以上两种方法进行护栏立柱维修能恢复其防护性能.     

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。     

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。     

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。     

波形梁护栏基础埋置方式研究

以双层波形梁护栏结构为基础,采用计算机仿真分析结合实车碰撞试验,研究立柱打入土中和埋入混凝土中两种基础方式对波形梁护栏防护性能的影响。研究结果表明,立柱打入土中和埋入混凝土中的主要区别仅在于立柱的折弯点不同,立柱折弯点位置对小客车和大客车碰撞护栏结果影响不大,两种基础方式可以相互替代,实际工程中可根据护栏具体设置条件选择方便施工、经济可行的立柱埋置方式。     

高速公路波形梁护栏改造方案研究

通过有限元模拟方法依托京珠南(广州至太和段)扩建罩面工程研究了原护栏加高方案的防撞性能,提出了3种能满足目前我国评价标准要求的波形梁护栏改造方案,适合应用于目前状况下我国的高速公路波形梁护栏改造及再利用。     

双层双波护栏的安全性能隐患分析

在对2006年以前修建的高速公路进行大修改造和改扩建过程中,本着节约资源,减少浪费的原则,很多研究机构和设计人员对原有波形梁护栏进行再利用升级改造为双层双波护栏,使其防撞等级达到新规范中的A级。但是当双层双波护栏的整体高度下降时势必会对其安全防护性能造成影响,本文通过计算机仿真模拟的方法建立护栏-车辆模型,逐渐降低护栏高度来进行仿真模拟碰撞从而获取防撞等级为A级的双层双波护栏的临界高度,最终通过实车碰撞试验验证分析结论,确定双层双波护栏的下限高度值。     

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。     

汽车与护栏碰撞立柱绊阻机理及防止措施

为研究汽车与公路护栏的碰撞安全性,按照国家公路护栏标准建立了波形梁板护栏的有限元模型,采用某款车型构建了汽车-护栏碰撞仿真模型,从车辆的运行轨迹、车辆质心加速度、护栏最大动态变形量和护栏各部件的吸能性对护栏进行分析,发现立柱对车轮的绊阻使车辆质心加速度超过了国家标准限值,对车内乘员的安全造成严重威胁。分析了立柱绊阻的机理,并设计了填充型立柱和N型弯曲立柱,通过仿真验证了两种改进立柱能明显改善汽车-护栏碰撞安全性。最后利用正交试验研究了护栏板厚度、立柱间距、立柱厚度和立柱结构对汽车-护栏碰撞安全性的影响,选取了最优参数组合。仿真验证的结果表明,经优化的护栏可有效避免或减少立柱绊阻,提高了护栏的碰撞安全性。     

高防护等级钢护栏改造方案研究

随着我国高速公路及交通运输业的迅猛发展,高速公路上大型车的比重逐渐增加,但目前的很多高速公路波形梁护栏防护能力低,无法对这些车辆进行有效防护;同时,近几年很多高速公路在改造过程中对路面都进行了重新罩面,护栏板距地面高度更低,无法满足我国目前评价标准的要求.为提高护栏再利用的经济性,通过计算机仿真方法与实车实验结合的方法研究了一种施工简便且造价较低的方案,本方案符合我国目前相关规范要求,适合应用于目前状况下我国的高速公路护栏改造及再利用.     

A级标准二波波形梁护栏防护乘用轿车性能研究

为了解A级标准二波波形梁护栏对作为高速公路主流车型乘用轿车的防护性能，利用实车足尺碰撞试验验证其对乘用轿车的防护能力是否满足《公路护栏安全性能评价标准》（JTG B05-01—2013）（简称新标准）要求，并通过事故调研和分析，检验实际道路情况下对乘用轿车的防护能力。研究结果表明，A级标准二波波形梁护栏对乘用轿车的防护性能满足新标准要求，且在实际应用中性能表现良好。研究成果为A级标准二波波形梁护栏的合理应用提供了依据。     

护栏结构安全裕度研究

提出护栏安全裕度的概念,将安全裕度概念引入护栏的结构设计和选型中。采用经实车碰撞试验校核的有限元仿真模型,通过仿真模拟方法分析A级(160 kJ)三波波形梁护栏和SA级(400 kJ)混凝土护栏的安全裕度。三波波形梁护栏的极限防护能力为中型客车176 kJ,护栏安全裕度为16 kJ,混凝土护栏的极限防护能力为大型货车440 kJ,护栏安全裕度为40 kJ,SA级混凝土护栏安全裕度略大于A级三波波形梁护栏。安全裕度较高的护栏更适合应用在车型构成复杂、超载超速可能性大、交通事故率较高的高风险路段。     

基于轿车撞击的跨线桥中墩波形护栏改进方案分析

中央分隔带内桥墩受到失控车辆撞击不仅威胁跨线桥梁结构安全,还会造成巨大生命和财产损失,对跨线桥中墩处防护措施开展研究十分迫切。文中通过分析跨线桥中墩处护栏防撞目的和控制指标,提出利用护栏立柱加密、增设护栏梁板及两种措施结合的3种改进方案,通过建立护栏-车辆有限元模型开展碰撞仿真分析。结果表明,增设护栏梁板既能增大护栏刚度、减小护栏变形,还能增大车头及车身与梁板的撞击和摩擦接触面,对防护效果有适量改善;立柱加密在达到增大护栏刚度、减小护栏变形效果的同时增加了车辆侧翻和乘员受伤的危险;将立柱加密和增设梁板相结合,既能大幅减小护栏最大横向变形,又具有较好的耗能能力,在满足护栏阻挡、缓冲、导向功能的前提下,是针对小轿车撞击跨线桥中墩防护的合理方案。     

旧式组合式桥梁护栏提升改造及应用

早期的一种组合式桥梁护栏已不满足现阶段安全防护需求。经过充分的调查研究,并在再利用原护栏混凝土基座的基础上,提出一种植筋加高改造结构。按照《公路护栏安全性能评价标准》的规定组织实车足尺碰撞试验,试验结果表明,护栏改造结构防护等级达到六(SS)级,安全性能可靠。该结构已在实际工程中应用,不仅提高了桥梁护栏的安全防护能力,而且缩短了施工周期、降低了工程造价,取得了良好的应用效果。     

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。