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。     

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。     

汽车与波形梁护栏碰撞的仿真研究

对标准的路基压实土中圆形护栏立柱与土基的相互作用进行了模拟,在此基础上,基于非线性有限元软件LS-DYNA建立了波形梁护栏的有限元模型。在相同的碰撞条件下,对混凝土基础中和土基中护栏的碰撞安全性进行了仿真研究。结果表明,车与土基中护栏碰撞时对乘员造成的伤害值小于车与混凝土基础中护栏碰撞所造成的伤害值。     

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。     

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。     

公路钢护栏圆形立柱与土壤基础的相互作用力学特性研究

本文以我国应用最多的A级波形梁钢护栏立柱和压实土壤基础为研究对象,以实车碰撞试验结果为基础,通过理论推导和计算,定量化的分析护栏立柱与土壤基础的相互作用特性。应用分析结果,确定了土壤基础条件对护栏安全性能的影响。研究结果可为工程实践提供理论基础和指导。     

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.     

波形梁半刚性护栏与汽车碰撞的仿真分析及其结构优化

针对高速公路广泛使用的波形梁半刚性护栏建立“护栏—汽车”碰撞体系耦合动力学有限元模型,研究护栏立柱对汽车绊阻效应的形成过程,提出解除护栏立柱对汽车绊阻效应的一种有效方法。     

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。     

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。     

高等级单波梁钢护栏创新设计与试验

为设计一种缓冲性能好，经济、安全和景观三方面统一的桥梁护栏，以解决国内外桥梁钢护栏碰撞缓冲吸能效果不佳、造价高、存在绊阻现象等问题，文章提出了一种新型组合式缓冲立柱与单波钢管横梁相结合的高等级单波梁钢护栏设计结构，其中，立柱采用“8”字型立柱并列组合结构，横梁采用单块单波梁与圆形钢管形成盾牌形横梁。在SA级碰撞条件下，对大客车和小客车的驶出角度、驶出速度、立柱变形最大位移、车体加速度、车辆运行轨迹等指标进行了CAE分析与实车碰撞试验。试验结果表明：该护栏缓冲能力明显、导向功能好、防护功能强，满足高速公路护栏安全性能评价标准，该高等级单波梁钢护栏设计方案具有良好的可行性。     

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。     

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。     

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。     

高速公路防撞护栏立柱改进设计

汽车与高速公路防撞护栏的碰撞是极其危险的。利用ANSYS／LS—DYNA对三种防撞护栏的立柱进行仿真模拟试验，根据研究结果进一步提出护栏设计和改进的方法，从而降低事故对乘员的损伤程度。     

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。     

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     

基于预制工艺的高速公路中央分隔带单片式混凝土护栏研究

以满足高速公路中央分隔带安全防护要求和简化施工、降低成本为原则,研究开发出一种预制工艺的单片式混凝土护栏.该护栏采用预制安装工艺,单个斜螺栓连接方法,降低了护栏施工的成本和周期;护栏基础底宽60 cm,与波形梁钢护栏相比,可减少基础占用路基宽度,节约土地资源;嵌固式基础减少基础施工对路基和路面的影响,简化排水及通讯管线布设;护栏材料费为波形梁钢护栏的77％.根据实车碰撞试验结果,预制工艺单片式混凝土护栏防撞等级能够达到SAm级(400 kJ),各项安全性能评价指标均满足相关标准要求,小客车和大客车碰撞护栏后,护栏整体结构均未损坏,减小了碰撞后护栏的维修工作量,从而可降低运营期的养护成本.通过在福建省泉三高速公路部分路段的实际工程应用,取得了显著的经济和社会效益.