梁柱式鋼護欄橫梁布局研究

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1、梁柱式鋼護欄橫梁布局研究摘要：利用計算機仿真技術(shù)，構(gòu)建了SA、SS級梁柱式鋼護欄的模型，系統(tǒng)分析了梁柱式鋼護欄相同截面的橫梁布局，以及橫梁的壁厚組合。通過優(yōu)化設(shè)計，確定橫梁的高度、間距、壁厚，使其能夠迗到新的《公路護欄安全性能評價標準》(JTGB05-01-2013)的要求，為梁柱式鋼護欄的開發(fā)提供了技術(shù)指導(dǎo)。關(guān)鍵字：梁柱式鋼護欄；橫梁；仿真；碰撞分類號：TU74文獻標識碼：A1引言梁柱式鋼護欄(除波形梁護欄以外)屬于半剛性護欄，具有較好的變形能力和延性，能夠吸收大量的撞擊能量，對車輛有一定的緩沖作用。其與混凝土護欄相比自重小，結(jié)構(gòu)型式

2、靈活，占用面積小，具有一定的視線誘導(dǎo)作用，能與道路線形相協(xié)調(diào)；通透性好，可在一定程度上滿足周圍環(huán)境景觀的需要［［［1］北京深華達交通工程技術(shù)開發(fā)有限公司，公路護欄研究概況，技術(shù)成果介紹，2002年7月。］］。梁柱式鋼護欄的應(yīng)用越來越廣泛，目前國內(nèi)的工程實例如青島海灣大橋、港珠澳大橋［［口閏書明，方磊，張梁等.港珠澳大橋護欄碰撞試驗條件研究［J］.城市道橋與防洪，2011,(4)：87_89.］］、上海東海大橋［［［］張劍英.東海大橋防撞護欄結(jié)構(gòu)設(shè)計研究[D].同濟大學，2004.]]等。開展梁柱式鋼護欄結(jié)構(gòu)研究很有必要。梁柱式鋼護欄的橫

3、梁對車輛的碰撞起到了很關(guān)鍵的作用，雖然《公路交通安全設(shè)施設(shè)計細則》(JTG/TD81-2006)[[[]JTGD81-2006T《公路交通安全設(shè)施設(shè)計細則》[S].]]對金屬梁柱式護欄的構(gòu)造有所規(guī)定，但過于寬泛。隨著新的《公路護欄安全性能評價標準》(JTGB05-01-2013)[[[]JTGB05-01-2013公路護欄安全性能評價標準[S].]]的實施，有必要對梁柱式鋼護欄的橫梁進行系統(tǒng)分析?；谟邢拊ǖ呐鲎卜抡婕夹g(shù)在護欄開發(fā)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，仿真模擬具有周期短、費用低、數(shù)據(jù)豐富的特點。本文按照新標準的要求，采用仿真模擬技術(shù)來研

4、究梁柱式鋼護欄橫梁，從而為護欄的整體設(shè)計提供參考[[[]閏書明.有限元仿真方法評價護欄安全性能的可行性[J].振動與沖擊，2011，30(1)：152-156.]]。2梁柱式鋼護欄橫梁布局(1)低橫梁的高度確定小客車的防護主要靠梁柱式鋼護欄的低橫梁，新標準中對小客車碰撞的安全性能評價指標主要從阻擋功能、緩沖功能、導(dǎo)向功能三個方面來衡量。其中對緩沖功能中乘員碰撞加速度的要求為縱向與橫向加速度不得大于200m/So在橫梁截面一定的情況下，橫梁的布局就對加速度有很大的影響，以滿足最小乘員碰撞加速度的要求來確定低橫梁的布局是合理的。梁柱式鋼護欄

5、一般都有混凝土基礎(chǔ)，通過預(yù)埋地腳螺栓使基礎(chǔ)與護欄立柱連接，護欄基礎(chǔ)具有伸出地面一定高度的路緣石[[□陳向陽，邰永剛，張穎等.跨海橋梁組合式護欄設(shè)計研究[J].公路交通技術(shù)，2010，（6）:68—70.]]。現(xiàn)在初步設(shè)計一款新型的SA級護欄見圖1。四根橫梁，橫梁之間通過套管連接。從地面開始往上數(shù)，分別稱橫梁一、二、三、四，護欄的結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。為了減少小客車的碰撞加速度，使得碰撞時橫梁變形吸能更大一點，橫梁一、二的壁厚設(shè)定為4mm，橫梁三、四的壁厚設(shè)定為6mm。表1SA級護欄結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)尺寸（mm）護欄總高14⑻立柱間距2000單根橫梁

6、長度6000路緣石高度150橫梁一中心距地面高度375橫梁間距3201一款新型的SA級梁柱式鋼護欄按照新標準，SA級小客車碰撞參數(shù)為質(zhì)量1.5t、速度100km/h、與護欄夾角20o。小客車碰撞過程仿真結(jié)果如下:2小客車碰撞過程行駛狀態(tài)由小客車的碰撞過程可以看出小客車碰撞姿態(tài)正常，能夠順利導(dǎo)出，提取小客車重心處的加速度見圖3。x方向為車身縱向，y方向為車身橫向。(a)x方向加速度(b)Y方向加速度3小客車碰撞加速度數(shù)據(jù)經(jīng)處理后，乘員碰撞加速度x方向為191.2m/s2,y方向為164.8m/s2。通過查看碰撞過程，發(fā)現(xiàn)保險杠沒有完全與最

7、下面的橫梁碰撞接觸，并且插到下面兩根梁的中間，與立柱發(fā)生碰撞，產(chǎn)生絆阻。根據(jù)車輛模型的保險杠的高度，將橫梁一的高度調(diào)整為440mm,其余橫梁的間距調(diào)整為300mm,調(diào)整后碰撞過程仿真見圖4。4小客車碰撞過程行駛狀態(tài)調(diào)整橫梁高度后，橫梁一與保險杠完全接觸，保險杠變形比較充分，說明碰撞吸能較好。車輛碰撞姿態(tài)正常，能夠順利導(dǎo)出。乘員碰撞加速度見圖5。(a)x萬向加速度(a)Y方向加速度5小客車碰撞加速度數(shù)據(jù)經(jīng)處理后乘員碰撞加速度x方向145.6m/s2，y方向為198.8m/s2,很明顯車輛沒有絆阻，橫梁變形合理，x方向加速度下降。所以調(diào)整最

8、下面的橫梁高度是合理的。在橫梁一的高度確定后，以SS級護欄來研究橫梁二的高度影響。初步設(shè)計SS級整體高度為1500mm，還是4根橫梁，橫梁一的高度保持不變，為440mm。其余橫梁間隙均布，即橫梁一與橫梁二的