桥梁梁柱式钢护栏防撞性能仿真计算研究

摘要

随着我国汽车数量的迅速增加，汽车碰撞护栏的事故也时有发生，造成了较大的乘员伤亡和财产损失，护栏碰撞性能的研究成为一个普遍关注的问题。桥梁梁柱式钢护栏的重量轻、吸能强、通透美观和导向作用好等优势和特点必将在海上长桥和大跨度桥梁上广泛应用，但从国内外已有的经验和应用实践来看，除波形梁护栏外，金属梁柱式防撞护栏在我国桥梁建设中的应用尚不普遍，其基础应用性、系统性研究也尚属不多，目前应用研究大都集中在特定桥梁工程及高速公路道路护栏中。本文将以桥梁梁柱式钢护栏以及集装箱汽车为研究对象，结合非线性碰撞中的大变形、大位移特点，运用计算机仿真技术对汽车与桥梁护栏碰撞过程进行了仿真分析。首先采用理论计算的方法，计算出不同圆管直径和厚度组合下圆管跨中的应力，得到了圆管应力随圆管直径和厚度以及圆管横截面面积的变化关系曲线，为圆管设计提供了依据；然后运用ABAQUS有限元分析软件建立了护栏-汽车的耦合模型，对护栏碰撞的评价进行了分析，确定了碰撞条件；最后运用静力非线性有限元分析了不同的横梁圆管参数(直径、厚度)在受到刚体正碰的情况下护栏的应力、位移以及变形吸能特点；对不同碰撞条件下护栏-汽车耦合模型进行了动态非线性有限元分析，研究碰撞角度以及碰撞车速度对碰撞性能的影响，并从汽车的行驶轨迹、乘员安全性和护栏的完整性三个方面对护栏-汽车耦合体系进行了较全面的分析。
　　 通过分析表明横梁圆管的直径和厚度较小时护栏各部件的应力和变形也越大，碰撞变形吸能也越多，碰撞发生在立柱处时，护栏各部件的变形较小，碰撞吸能也较差。碰撞角度越大，碰撞速度越大，护栏系统受到的应力和变形也越大，碰撞吸收的能力也越多。
　　 本文成果为梁柱式金属护栏的总体设计及细部尺寸设计提供概念设计和理论依据。