雙層雙波護(hù)欄計(jì)算機(jī)仿真論文

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1計(jì)算機(jī)仿真模擬分析

1.1中型貨車(chē)仿真模擬碰撞

計(jì)算護(hù)欄在中型貨車(chē)碰撞過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變形情況，計(jì)算結(jié)果顯示最大動(dòng)態(tài)變形量為1.43m，對(duì)比同等碰撞條件下分離式雙層雙波護(hù)欄中型貨車(chē)的最大動(dòng)態(tài)變形量為0.81m，高出分離式護(hù)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(hù)欄的立柱間距為2m，而疊加式雙層雙波護(hù)欄的立柱間距為4m，在相同碰撞條件下分離式雙層雙波護(hù)欄將更多的碰撞力傳遞至護(hù)欄基礎(chǔ)，而疊加式雙層雙波護(hù)欄的護(hù)欄板承受了更多的碰撞力，通過(guò)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(hù)欄來(lái)將碰撞車(chē)輛導(dǎo)向。根據(jù)以往的車(chē)輛－護(hù)欄實(shí)車(chē)碰撞試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)仿真模擬碰撞分析經(jīng)驗(yàn)，中型貨車(chē)與護(hù)欄碰撞過(guò)程中較容易出現(xiàn)的不合格現(xiàn)象是車(chē)輛騎跨護(hù)欄或是導(dǎo)向后側(cè)翻，雖然車(chē)輛未沖出護(hù)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(duì)于混凝土護(hù)欄為代表的剛性護(hù)欄和纜索護(hù)欄所代表的柔性護(hù)欄來(lái)說(shuō)，由橫梁和立柱組成的梁柱式護(hù)欄即半剛性護(hù)欄最易發(fā)生此種碰撞結(jié)果，最主要的原因是護(hù)欄橫梁與立柱強(qiáng)度的不匹配。疊加式雙層雙波護(hù)欄與分離式雙層雙波護(hù)欄相比在疊加處提高了橫梁的整體強(qiáng)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(diǎn)更遠(yuǎn)的橫梁和立柱上，在碰撞過(guò)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(hù)欄依然可以保持對(duì)中型貨車(chē)的有效防護(hù)。

1.2中型客車(chē)仿真模擬碰撞

依據(jù)JTGB05－01－2013《公路護(hù)欄安全性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》及JTGD81－2006中A級(jí)防撞等級(jí)的要求和試驗(yàn)條件，對(duì)疊加式雙層雙波護(hù)欄進(jìn)行中型客車(chē)的計(jì)算機(jī)仿真模擬碰撞試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為車(chē)輛重量10t、碰撞速度60km/h、碰撞角度20°。計(jì)算護(hù)欄在中型客車(chē)碰撞過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變形情況，計(jì)算結(jié)果顯示最大動(dòng)態(tài)變形量為1.85m，對(duì)比同等碰撞條件下分離式雙層雙波護(hù)欄中型客車(chē)的最大動(dòng)態(tài)變形量為1.43m。疊加式雙層雙波護(hù)欄同樣因?yàn)榱⒅g距較大而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)變形量較高。相對(duì)于中型貨車(chē)，中型客車(chē)與護(hù)欄碰撞時(shí)較易發(fā)生的碰撞失敗后果是車(chē)輛騎跨護(hù)欄，梁柱式護(hù)欄發(fā)生此種現(xiàn)象的原因一般是橫梁強(qiáng)度不夠或橫梁有效高度不足造成的，疊加式雙層雙波護(hù)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(duì)于中型客車(chē)來(lái)說(shuō)是足夠的。對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)中型客車(chē)與護(hù)欄碰撞的最大動(dòng)態(tài)變形量比中型貨車(chē)的數(shù)值大，這也是護(hù)欄－車(chē)輛碰撞中較為常見(jiàn)的現(xiàn)象。

1.3小型客車(chē)仿真模擬碰撞

依據(jù)JTGB05－01－2013《公路護(hù)欄安全性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》及JTGD81－2006中A級(jí)防撞等級(jí)的要求和試驗(yàn)條件，對(duì)疊加式雙層雙波護(hù)欄進(jìn)行小型客車(chē)的計(jì)算機(jī)仿真模擬碰撞試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為車(chē)輛重量1.5t、碰撞速度100km/h、碰撞角度20°。在護(hù)欄碰撞試驗(yàn)中，小型客車(chē)與護(hù)欄碰撞的主要考核指標(biāo)是對(duì)護(hù)欄緩沖功能的計(jì)算分析。護(hù)欄緩沖功能主要體現(xiàn)在車(chē)體加速度指標(biāo)情況。x，y，z三方向加速度絕對(duì)值的最大值分別為9.12g、4.81g、11.43g均未超過(guò)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(hù)欄的實(shí)車(chē)碰撞結(jié)果顯示其小型客車(chē)碰撞中的三方向加速度分別為9.92g，11.70g，9.40g，2者沒(méi)有明顯的差異。

2用鋼量對(duì)比

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

3結(jié)論

經(jīng)過(guò)以上分析，疊加式雙層雙波護(hù)欄與分離式雙層雙波護(hù)欄相比，其安全防護(hù)能力沒(méi)有較為明顯的差距，均能達(dá)到現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中A級(jí)防撞等級(jí)，碰撞能量達(dá)到160kJ，而疊加式雙層雙波護(hù)欄用鋼量卻比分離式要低很多，此外疊加式雙層雙波護(hù)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(shì)。疊加式雙層雙波護(hù)欄尚未進(jìn)行實(shí)車(chē)碰撞試驗(yàn)驗(yàn)證，需要進(jìn)一步優(yōu)化研究才可達(dá)到實(shí)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(kāi)發(fā)投資有限責(zé)任公司 交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院