基于有限元仿真的节地型SBm级护栏设计与防护性能研究

作     者：杨卓思 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘唐志

授予年度：2024年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：中央分隔带 节地型护栏 有限元仿真 结构优化 安全性评价 

摘      要：随着我国公路事业快速发展,部分地区存在修建公路时占用耕地较多且征地困难的问题。为此,相关部门出台了一系列针对建设工程节约土地的规定,路基宽度成为公路建设过程中的一项主要经济指标,研究窄间距中央分隔带护栏对于实现公路建设降本增效至关重要。中央分隔带使用最多的护栏类型为Am级和SBm级波形梁护栏,当中央分隔带宽度受限时Am级护栏可采用组合式,但SBm级护栏仅有分设式,无法直接应用。在此基础上,本文拟设计并提出一种节地型SBm级护栏,在节约土地资源的同时提高SBm级护栏适用性。 本文基于Hypermesh软件构建1.5t小客车、10t中型货车与净宽为1m的SBm级标准护栏有限元模型,依据《公路护栏安全性能评价标准》设置小客车与货车的碰撞速度分别为100km/h和80km/h,碰撞角度为20°。使用Ls-Dyna求解计算,并通过Hyperview软件从车辆轨迹、乘员加速度、碰撞能量和护栏变形对护栏进行安全性评价。结果表明,1m SBm级标准护栏对小客车防护能力较强;货车与护栏碰撞后侧翻在地,公路设计速度为120km/h时护栏变形符合要求,但设计速度为100km/h及以下时,护栏变形后会侵入对向路缘带内,影响对向车道行车安全。 针对1m SBm级护栏安全性的不足,进一步提出5种结构改进式护栏:拱形护栏、单横撑拱形护栏、双横撑拱形护栏、横X拱形护栏和竖X拱形护栏,并建立新型护栏与车辆的碰撞模型来测试改进护栏的安全性,同样从车辆轨迹、乘员加速度、碰撞能量和护栏变形进行分析,得出以下结论: （1）拱形护栏满足小客车防护要求且可有效防止货车侧翻,对向护栏变形值小于500mm但超过250mm,仅可应用于设计速度为120km/h的高速公路中。 （2）单横撑拱形护栏对小客车防护能力较强,防翻车效果显著,但无法减少货车碰撞后对向护栏的变形量。 （3）双横撑拱形护栏对小客车防护性能良好,但货车与其碰撞期间发生绊阻现象,易与护栏发生二次碰撞,防护性能较差。 （4）横X拱形护栏可满足对货车的防护要求,且对向护栏变形量在规定值内,但与小客车碰撞期间乘员加速度超过200m/s2,乘员安全无法保障。 （5）竖X拱形护栏在满足货车的防护要求的同时未对小客车行车安全造成影响,综合安全性能最佳,可用于设计速度为100km/h及以下的公路中。 相关研究成果为高速公路、国省干线公路新建及改扩建工程中节地型护栏设计提供理论依据。