跨线桥中墩防护波形护栏防撞性能提升研究

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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,且会造成巨大的生命和财产损失,因此对跨线桥中墩处防护措施开展研究十分迫切。该区段防护栏必须有良好的阻挡性能,既能防止大货车侧翻撞击中墩又能避免小轿车下钻护栏撞击中墩。由于该区段护栏距离桥墩较近,可产生的横向变形有限。因此要求护栏能在较小的变形内拦截并引导车辆回归行车道。本文通过建立“护栏-车辆”有限元模型,开展了碰撞仿真分析。提出一种综合三种改进形式的适用于跨线桥中墩防护的较优改进护栏方案。主要研究内容和成果如下:(1)利用护栏加高来提升护栏阻挡性能,防止大货车侧翻撞击中墩。开展基于大货车撞击的加高波形梁护栏碰撞仿真模拟。研究表明,波形梁钢护栏高度增加后,护栏立柱顶部最大横向位移显著增加,波形梁板变形区域也随之扩大。护栏高度会影响车辆最大动态外倾值与车辆外倾角度。随着试验护栏高度增加,车辆外倾角度减小,车辆最大动态外倾值也随之减小。(2)利用增加梁板来提升护栏阻挡性能,防止小轿车下钻护栏撞击中墩。开展基于小轿车撞击的双层梁板波形护栏碰撞仿真模拟。研究表明,增设护栏梁板既可以提高护栏刚度、减小护栏的变形,也可以通过增大梁板与车头撞击和车身摩擦的接触面,提高撞击过程中能量的持续损耗量。而且护栏增设梁板,在防止小轿车出现下钻护栏事故的同时避免了立柱对车轮的阻绊作用,防止车辆出现突然性的能量损耗。(3)利用加密立柱来减小护栏横向变形,防止车辆撞击中墩。通过建立“护栏-车辆”有限元模型,开展了立柱加密对护栏系统防护性能的影响研究。研究表明,立柱加密后双层-加高护栏系统的整体刚度大幅提高,对车辆的抗撞击能力大幅提高,护栏立柱最大横向变形以及波形梁板变形区域变形明显减小。但在增加护栏系统刚度的同时,也会加剧撞击时乘员受到的加速度,增大了对乘员的伤害性。立柱布置间距同时会影响大货车最大动态外倾值和大货车外倾角度。立柱间距减小,车辆最大动态外倾值和车辆外倾角度明显减小。
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