钢防撞护栏改进结构设计的研究-论文.pdf

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1、第3期(总第159期)中回彳放zNo．3(SerialNo．159)2012年6月CHINAMUNICIPALENGINEERINGJun．2012DOI：10．3969／j．issn．1004—4655．2012．03．030钢防撞护栏改进结构设计的研究王安宇(上海市隧道工程轨道交通设计研究院，上海200235)摘要：对防撞护栏的设计方法和设计条件进行了系统性的论述。采用ANSYS／LS—DYNA3D软件，通过计算机仿真对车辆与梁柱式防撞护栏的碰撞过程进行分析，提出了改正这种梁柱式防撞护栏的措施，并对改正后的防撞护栏进行了碰

2、撞分析，表明改正后的防撞护栏可以有效地将碰撞车辆导向车道。关键词：防撞护栏；设计；工程塑料中图分类号：U417．12文献标志码：A文章编号：1004—4655(2012)03—0086—031护栏的设计条件0不锈钢复合管目前护栏研究基本采用理论研究法、三维有限元法、小比例尺模型试验法(即缩尺模型试验)和实车足尺碰撞试验法4种。为了合理设计护栏，应首先确定合适的车辆与护栏碰撞条件参数。车辆与护栏的碰撞强弱一般用车辆的碰撞能量来表示：E=98l。×去sin(1)式中：E为碰撞能量，J；m为碰撞车辆的质量，t；为车辆的碰撞速度，m／

3、s；0为车辆的碰撞角，(。)；g为重力加速度，9．8lm／s。从式(1)可以看出，桥梁护栏的防撞等级与车辆的质量、碰撞速度和碰撞角度有关。2分析模型图1防撞护栏构造图采用ANSYS／LS—DYNA3D软件对车辆与桥梁护2．2单元划分、约束及材料参数栏的碰撞过程进行分析。本文参照有关文献的护栏仿真计算材料参数见表1。碰撞试验及分析¨，将车简化为长度400mm(沿横表1材料参数表梁方向)的弹性块，忽略车辆与桥面的摩擦。构采用单材料弹性模屈后模屈服强摩擦质量密度／件元类型模型量／MPa量比度／MPa泊松比因数kg·m一2．1计算条件

4、某桥防撞护栏是根据JTrJO74—1994《高速公路交横块单元各线性向同硬性化2．1×1％3700梁105．30．157850通安全设施设计及施工技术规范》进行设计，构造图模型见图l(立柱间距为1．5m)。防撞护栏立柱采用Q235一梁单元双线性2．1×1％370O柱模型105．37850钢，横梁采用不锈钢复合管。防撞护栏防撞等级取车块单元弹性模型2．1XO2．365XPL3(桥外特别危险需要重点保护的特大桥)；车辆的1O5．3O．15l0注：本文不考虑材料在高速碰撞时应力一应变关系的变化。质量14t；碰撞角度15。；由于该桥的

5、设计车速为60km／h(城市快速公路)，车辆碰撞速度为60km／h。横梁计算长度取451TI(30跨)，采用solid164单元收稿日期：2012—03—02进行模拟，计28800个单元。每根立柱用3个单元作者简介：王安宁(1967一)，男，山西人，高级工程师，硕士，主(beam161)进行模拟，计93个单元。立柱与桥面连接要从事桥梁设计研究工作。采用固结。横梁与立柱的连接采用beam161单元进86中国彳丛譬王安宇：钢防撞护栏改进结构设计的研究2012年第3期行模拟，计31个单元。车体用400mmX200mm×2)撞击立柱处

6、横梁时。当车辆撞击立柱处横梁740mm弹性体solid164进行模拟，共640个单元。时，立柱、横梁的横向位移(时间问隔0．01s)见图63护栏与车辆碰撞的计算结果及分析和图7，碰撞力时程和车辆轨迹线见图8和图9。根据车辆碰撞护栏横梁的不同位置，将车辆碰撞宕护栏分为2种工况：车辆撞击护栏横梁跨中(相邻立＼柱间距中心，本文为沿护栏长度方向0．75m处)和车厦辆撞击护栏立柱处横梁(本文为沿护栏长度方向0m瞽处)。沿护栏长度方向0m、±1．5m、±3．0m、4．5m处均为立柱。1)当车辆撞击横梁跨中时，立柱、横梁的横向位移(时间间隔

7、0．0lS)见图2和图3，碰撞力时程和车图6立柱顶横向位移沿护栏长度变化图(时间间隔0．01s)辆轨迹线见图4和图5。g30030＼g25＼0252O趟020匠15匠Ol5柩露l0O1Ol量=jjj005050一沿护栏长度方向／m图2立柱顶横向位移沿护栏长度变化图(时间间隔0．01s)吕2O5O＼l60O5O疽l2互＼O00850040O一5OO0．751502．253．00375沿护栏长度方向／m00时间／S图3护栏横梁横向位移沿护栏长度变化图(时间间隔0．01S)图8碰撞力时程图400350Z300吕250＼200幅150

8、厦100柩5O驿1k．JL．J小_卅O0010．02O030．040．05O．060．07O．08009010时间／S0．0000l0．020．03O04O05O．060070．08009010图4碰撞力时程图时间／S图9车辆轨迹线从图2～图9中可以看出，当车辆撞击横梁跨中时