（光學(xué)工程專業(yè)論文）轎車與高速公路波形護(hù)欄碰撞仿真研究.pdf

武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 中文摘要 近年來 隨著我國汽車保有量和高速公路里程的不斷增加 公路上發(fā)生的交 通事故也在逐年增加 其中近1 3 的事故是由汽車與護(hù)欄碰撞造成的 每年造成 巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失 所以分析汽車與高速公路護(hù)欄碰撞的事故 研究人 體損傷防護(hù)以及護(hù)欄和車輛防護(hù)性能的改進(jìn)具有非常現(xiàn)實(shí)而重大的意義 本文主要從車和護(hù)欄的角度 用計(jì)算機(jī)仿真的方法系統(tǒng)研究了轎車與高速公 路護(hù)欄的碰撞 文章先對(duì)國內(nèi)外高速公路發(fā)展情況和高速公路交通事故進(jìn)行了統(tǒng) 計(jì)分析 并對(duì)國內(nèi)外汽車 高速公路護(hù)欄碰撞事故的研究情況進(jìn)行了對(duì)比分析 然后 文章對(duì)高速公路護(hù)欄的種類 設(shè)計(jì)方法和性能評(píng)估等方面進(jìn)行了全面討論 文章基于多剛體動(dòng)力學(xué)碰撞仿真軟件m a d y m o 建立了多剛體轎車 有 限元雙波形護(hù)欄碰撞系統(tǒng)仿真模型 通過研究車輛和護(hù)欄在碰撞中的動(dòng)態(tài)響應(yīng) 來揭示乘員的損傷與交通事故中的相關(guān)因素 如碰撞角度 碰撞速度等 之間的 內(nèi)在關(guān)系 對(duì)比在不同碰撞角度和碰撞速度時(shí) 車輛與護(hù)欄的動(dòng)態(tài)響應(yīng)來研究轎 車與護(hù)欄之間的碰撞規(guī)律 并取得一些有意義的結(jié)論 在對(duì)影響護(hù)欄防護(hù)性能的外在因素進(jìn)行了研究之后 本文接下來還對(duì)影響護(hù) 欄防護(hù)性能的內(nèi)在因素 護(hù)欄橫梁板的設(shè)計(jì)參數(shù)m h 1 和r 1 與護(hù)欄整體防護(hù)性 能的相互關(guān)系進(jìn)行了研究 結(jié)果分別從護(hù)欄的吸能特性和護(hù)欄作用在轎車上的加 速度兩個(gè)方面進(jìn)行分析 研究表明 對(duì)于設(shè)計(jì)參數(shù)m 從護(hù)欄的吸能特性來看 現(xiàn)役護(hù)欄吸收的碰撞能量最多的 所以對(duì)應(yīng)的三個(gè)設(shè)計(jì)量都是最優(yōu)的 從護(hù)欄作 用在轎車上的加速度來看 現(xiàn)役護(hù)欄作用在車體x 方向上的加速度相對(duì)較小 在y 方向上加速度卻較大 z 方向幾乎差別不大 設(shè)計(jì)參數(shù)h 和r 1 也得到相似 的結(jié)論 最后 本文在總結(jié)了轎車與高速公路波形護(hù)欄碰撞中轎車的動(dòng)態(tài)特性及護(hù)欄 防護(hù)特性的基礎(chǔ)上 提出了當(dāng)前研究所遇到的若干問題和解決方案 并展望了進(jìn) 一步的研究目標(biāo) 關(guān)鍵詞 高速公路 波形護(hù)欄 碰撞仿真 防護(hù)性能 設(shè)計(jì)參數(shù) 武漢理 l 大學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t i i lr e c e n ty e a r s w i t ht h et o t a ln u m b e ro fm o t o rv e h i c l e sa n dh i g h w a ym i l e a g e e x p a n s ec o n t i n u o u s l yi no u rc o u n t r y t r a f f i ca c c i d e n t st h a th a p p e no nt h eh i g h w a ya r e i n c r e a s i n gy e a rb yy e a r a m o n gt h e mn e a r l y1 3 a c c i d e n t sa r ed u et ot h ei m p a c t b e t w e e nv e h i c l e sa n dg u a r d r a i l s a n db r i n gal a r g en u m b e ro fl o s s e st oh u m a nsl i f e a n dp r o p e r t y t h es t u d yo nv e h i c l e g u a r d r a i li m p a c ti ss t i l la tt h es t a r t i n gs t a g ea t p r e s e n ti no u rc o u n t r y s ot h er e s e a r c hw o r kt h a tc a r r i e so ni nt h i sa s p e c th a sav e r y r e a l i s t i ca n dg r e a tm e a n i n g f r o mv i e w so fv e h i c l ea n db a r r i e r c a rc r a s hw i t hh i g h w a yb a r r i e rw a ss t u d i e d s y s t e m a t i c a l l y i nt h i sp a p e rb yu s i n gc o m p u t e rs i m u l a t i o n f i r s t l y b a c k g r o u n do f h i g h w a yd e v e l o p m e n ta n dd a t ac o l l e c t i n ga n ds t a t i s t i c sa n a l y s i so fh i g h w a ya c c i d e n t s a th o m ea n da b r o a dw e r ec a r d e do u t r e s e a r c h e so fv e h i c l e b a r r i e rc r a s ha c c i d e n t so n h i g h w a yw e r ec o m p a r e db e t w e e ni n a n do u t s i d ec h i n a a n ds e v e r a ls i g n i f i c a n t c o n c l u s i o n sw e r ea c q u i r e d t h ec a t e g o r y d e s i g na n dg u i d e l i n e so fh i g h w a yb a r r i e r s w e r et h e nd e s c r i b e d b a s e do nd y n a m i c ss i m u l a t i o ns o f t w a r em a d y m o am u l t i b o d yc a ra n df i n i t e e l e m e n tw b e a mg u a r d r a i li m p a c tm o d e lh a sb e e ne s t a b l i s h e d b ys t u d y i n gt h e d y n a m i cr e s p o n s eo fv e h i c l ea n dg u a r d r a i li nc o l l i s i o n t h i sp a p e ra n n o u n c e dt h e i n h e r e n tr e l a t i o nb e t w e e nt h ed a m a g eo ft h ep e r s o n sa n dr e l e v a n tf a c t o r so ft r a f f i c a c c i d e n t s u c ha st h ei m p a c ta n g l e i m p a c ts p e e da n ds oo n a f t e ra n a l y z i n gt h ee x t e r n a lf a c t o 颶 t h i sp a p e rw e n to nt os t u d yt h ei n h e r e n t r e l a t i o nb e t w e e nt h eg u a r d r a i lsp r o t e c t i v ep e r f o r m a n c ea n di t si n t e r n a lf a c t o r s s u c h a st h eg u a r d r a i lsd e s i g np a r a m e t e r sm h ia n dr 1 t h er e s u l t sw e r ea n a l y z e df r o mt h e t i m eh i s t o r yo fe n e r g ya b s o r b e db yt h eg u a r d r a i la n da c c e l e r a t i o no nt h ec a rsm a s s c e n t e r f r o mt h er e s u l t sw ec a ns e e t h ea c t i v eb a r r i e rc a na b s o r bm u c hm o r ei m p a c t e n e r g yt h a nt h eo t h e rt w o a n dt h et h r e ec o r r e s p o n d i n gd e s i g no ft h ea c t i v eb a r r i e ra r e o p t i m a l a n dt h ea c t i v eb a r r i e rh a sal o w e s ta c c e l e r a t i o ni nt h exd i r e c t i o n b u ta h i g i l e s to n ei nt h eyd i r e c t i o n a n dt o ol i t t l ed i f f e r e n c ei nz d i r e c t i o nt ob ec o n s i d e r e d t h ed e s i g np a r a m e t e r sm h ia n dr lh a v ec o m et ot h es i m i l a rc o n c l u s i o n s f i n a l l y o nt h eb a s i so fs u m m a r i z i n gd y n a m i c so fc a ra n dp r o t e c t i o nb e h a v i o ro f g u a r d r a i li nc a r h i g h w a yb a r r i e rc r a s h m a n yp r o b l e m ss o l u t i o n sc o n f r o n t e di nt h e c u r r e n tr e s e a r c hw e r ep r e s e n t e d a n dt h ep r o s p e c to b j e c t i v e so ff u r t h e rw o r kw e r ea l s o g i y e n k e yw o r d s h i g h w a y w b e a mg u a r d r a i l i m p a c ts i m u l a t i o n p r o t e c t i v ep e r f o r m a n c e d e s i g n p a r a m e t e r n 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明 所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究 成果 盡我所知 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外 論文中不包含其他人 已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果 也不包含為獲得武漢理工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的 學(xué)位或證書而使用過的材料 與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已 在論文中作了明確的說明并表示了謝意 簽名 塑型趣日期 2 竺虛 上 z 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解武漢理工大學(xué)有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 即學(xué)校有權(quán)保 留 送交論文的復(fù)印件 允許論文被查閱和借閱 學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿?分內(nèi)容 可以采用影印 縮印或其他復(fù)制手段保存論文 保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定 簽引司 權(quán)翮簽伽日期 伊彥 r 武漢理下大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 1 研究背景 第1 章緒論 汽車自誕生以來的1 0 0 多年間 以其特有的優(yōu)越性為現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展和人類 生活條件的改善做出了巨大的貢獻(xiàn) 但是汽車的大量普及不可避免的帶來了交 通擁擠 環(huán)境污染和事故傷害等許多問題 尤其是道路交通事故發(fā)生率居高不 下 對(duì)人們的人身財(cái)產(chǎn)安全造成了難以估計(jì)的傷害 1 9 7 0 年以前 世界上一些 經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家隨著汽車保有量的增加 交通事故也相應(yīng)增多 到1 9 7 0 年交通事 故數(shù)達(dá)到最高峰 例如日本 1 9 7 0 年死于車禍的人數(shù)達(dá)到1 6 7 6 5 人 傷于車禍 的人數(shù)達(dá)到9 8 1 0 9 6 人 死 傷總?cè)藬?shù)達(dá)到全國人口的1 但在這之后 發(fā)達(dá) 國家開始對(duì)公路護(hù)欄的安全性能進(jìn)行了大量的研究工作 各種新型護(hù)欄不斷出 現(xiàn)并被廣泛使用 這些國家的交通事故正在逐年減少 由事故造成的損失也隨 之大為減輕 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) 在1 9 8 7 1 9 9 2 年這5 年中 西歐交通流量上升了 1 6 然而在1 9 8 8 1 9 9 2 年間德國的事故率卻下降了7 0 法國和西班牙均下 降了2 0 左右 英國的車禍死亡率由每公里1 8 人 億輛降低到1 1 人 億輛 1 l 一交通事故 起 1 傷亡人數(shù) 人 i 一經(jīng)濟(jì)損失 7 i 元 i 1 9 7 0 1 9 7 4 1 9 7 8 1 9 8 2 1 9 8 6 1 9 9 0 1 9 9 4 1 9 9 8 2 0 0 22 0 0 6 圖11 9 7 0 2 0 0 6 年全國道路交通事故統(tǒng)計(jì) 我國的交通事故基本是隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而逐步上升的 交通事故死亡 人數(shù)列世界第一 根據(jù)資料表明 在道路交通事故中 發(fā)生在普通干線公路上 的事故約有4 5 發(fā)生在高速公路上的事故約有3 0 其中由于汽車越出道路 而造成的特 重大惡性交通事故占該類事故總數(shù)的比例高達(dá)6 2 以上 同時(shí)我 0 0 o o 0 0 0 0 o 0 0 0 o 0 o 0 o o 0 0 o o 0 o 0 o 0 0 0 0 o 0 0 0 0 o o 0 0 0 0 o o 0 o o 0 0 0 0 o o o 0 0 0 0 o o o o o o o 0 o 5 o 5 o 5 0 5 o 5 o 5 0 5 o 5 8 7 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 國每年因交通事故而導(dǎo)致的死亡事故中有1 3 是汽車與路側(cè)碰撞的單車事故 圖1 為我國1 9 7 0 2 0 0 6 年歷年道路交通事故以及由此造成的人員傷亡和直接經(jīng) 濟(jì)損失的情況1 2 引 從圖中可以觀察到 從7 0 年代以來 我國道路交通事故 總數(shù)和傷亡人數(shù)總體呈現(xiàn)上升趨勢 特別是9 0 年代中后期增長非常迅速 但從 2 0 0 2 開始 我國道路交通事故總數(shù)有了明顯的下降 但由此造成的人員損傷總 數(shù)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界上其他國家 2 0 0 4 年1 0 月世界衛(wèi)生組織公布 我國汽車保 有量僅占世界汽車保有量的2 可道路交通事故的死亡人數(shù)卻占世界交通事 故死亡人數(shù)的1 7 萬車死亡率是美國的3 5 倍 日本的2 2 倍 成為世界交通 事故死亡人數(shù)最多的國家 據(jù)世界銀行的報(bào)告預(yù)測 到2 0 2 0 年 中國因道路交 通造成的死亡還會(huì)再上漲9 2 由此造成的經(jīng)濟(jì)損失將占到g d p 的1 5 相 當(dāng)于2 1 0 億美元 分析我國道路交通事故傷亡人數(shù)居高不下的諸多因素中 其中非常重要的 一個(gè)方面就是我國的公路設(shè)施 特別是高速公路設(shè)施 與發(fā)達(dá)國家相比 無論 從實(shí)質(zhì)的合理性 還是從設(shè)施的總體品質(zhì)均遠(yuǎn)比不上 在所有道路交通事故中 高速公路交通事故 主要是護(hù)欄碰撞事故 占了很大的比例 而且隨著我國高 速公路里程和汽車保有量的增加有上升的趨勢 特別是隨著汽車行駛速度的不 斷提高 現(xiàn)有的護(hù)欄將有可能無法滿足安全行駛的需要 因此進(jìn)一步開展汽車 與道路護(hù)欄碰撞事故的研究 具有非常重要的意義 1 2 研究現(xiàn)狀 1 2 1 國外研究現(xiàn)狀 護(hù)欄作為高速公路上的主要安全設(shè)施 在世界范圍內(nèi)很早就受到了人們的 廣泛重視 國外公路交通較發(fā)達(dá)的國家在高速公路出現(xiàn)的初期就著手于護(hù)欄結(jié) 構(gòu)的研究 例如 美國從1 9 2 0 年起就開始了護(hù)欄的研究與使用 在理論分析和 模擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上 通過實(shí)車足尺護(hù)攔碰撞驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和公路上的應(yīng)用實(shí)踐 積 累了大量的資料和豐富的經(jīng)驗(yàn) 制定了有關(guān)護(hù)欄形式的選擇 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 試驗(yàn) 方法 手段以及護(hù)欄的生產(chǎn)制造 運(yùn)輸安裝和維修等一系列的標(biāo)準(zhǔn) 如1 9 6 6 年美國首先制定實(shí)施了國家交通 汽車安全法及公路安全法 1 9 6 8 年又實(shí)施了 安全標(biāo)準(zhǔn)f m v s s 1 9 7 0 年美國運(yùn)輸部公布了開發(fā)試驗(yàn)安全車 e s v 的計(jì)劃 美國國家研究會(huì)交通研究所在1 9 8 1 年制定了高速公路安全設(shè)施的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 在 1 9 7 0 年和1 9 8 6 年前后組織了高速公路護(hù)欄結(jié)構(gòu)及各種安全設(shè)施的一系列的研 究工作以及編寫各種設(shè)計(jì)規(guī)范 法國 英國 德國等國家也在很早就丌始護(hù)欄 結(jié)構(gòu)的研究工作 建立健全了 整套的實(shí)驗(yàn)設(shè)施和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)程 從理論和 2 武漢理一 大學(xué)碩十學(xué)位論文 實(shí)驗(yàn)上研究了多種類型的護(hù)欄結(jié)構(gòu) 日本于5 0 年代開始這方面的研究工作 并 在名神高速公路開始正規(guī)使用護(hù)欄 在短短十幾年中 日本的眾多研究機(jī)構(gòu)對(duì) 各種護(hù)欄結(jié)構(gòu)進(jìn)行了廣泛深入的開發(fā)研究 于1 9 6 5 年制定了護(hù)欄設(shè)置綱要 對(duì) 護(hù)欄的適用范圍 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 功能要求 施工安裝等方面做出了明確的規(guī)定 至此形成了美 日兩種典型的護(hù)欄形式 其它許多國家 大致在5 0 6 0 年代 也相繼開展了各自國家的護(hù)欄結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的研究 國外不少設(shè)施的碰撞研究人員對(duì)汽車與路側(cè)撞進(jìn)行了廣泛而深入的研究 并將碰撞試驗(yàn)所得的結(jié)果與用計(jì)算機(jī)仿真模擬得到的結(jié)果進(jìn)行比較分析 m i l l e r 和c a r n e yi i i 介紹了使用l s d y n a 程序模擬在重型車和輕型車的高速碰撞下 美國康涅狄格州碰撞衰減系統(tǒng)n c i a s 的吸能特性 并將有限元仿真和足尺寸碰 撞試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行了比較 如加速度一時(shí)間曲線 速度一時(shí)間曲線 位移一時(shí) 間曲線 結(jié)果非常一致 并建議將這種計(jì)算機(jī)仿真工具更廣泛地用于道路安全 性能的研究1 4 i s r o b e r tt h o m s o n 對(duì)路側(cè)和中央分隔帶護(hù)欄系統(tǒng)的安全性以及 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了詳細(xì)的說明 對(duì)路邊設(shè)施進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)的要求始于2 0 世紀(jì) 6 0 年代 隨著路側(cè)硬件設(shè)施的研究和試驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步 很多文獻(xiàn)都報(bào)告了非常 詳細(xì)的評(píng)價(jià)系統(tǒng) 如n c h r p n a t i o n a lc o o p e r a t i v eh i g h w a yr e s e a r c hp r o g r a m 2 3 0 報(bào)告 1 9 8 1 和3 5 0 報(bào)告 1 9 9 3 歐洲的試驗(yàn)條件 在p r e n l 3 1 7 標(biāo)準(zhǔn)中 進(jìn)行了說明 1 2 2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國在七五期間開始針對(duì)高速公路護(hù)欄的設(shè)計(jì) 生產(chǎn)與施工等方面的開 展研究工作 交通部公路科學(xué)研究所從1 9 8 4 年開始對(duì)波形梁護(hù)欄進(jìn)行了系統(tǒng)的 研究 之后不久便提出了一種適合我國當(dāng)時(shí)國情的護(hù)欄結(jié)構(gòu)形式 該結(jié)構(gòu)采用 厚度3 m m 的深波紋橫梁 z 字形開口型鋼立柱的形式 并從1 9 8 9 年起在全國 推廣應(yīng)用 但根據(jù)隨后幾年工程實(shí)踐得出 z 形柱強(qiáng)度太弱 損壞嚴(yán)重 不利 于行車安全 故于1 9 9 4 年5 月停止使用波形梁護(hù)欄z 形柱 1 9 9 2 年前后 中 國公路工程咨詢監(jiān)理總公司組織有關(guān)人員對(duì)全國己通車高速公路護(hù)欄的使用情 況做了調(diào)查 據(jù)此擬定了波型梁護(hù)欄實(shí)車碰撞試驗(yàn)方案 聯(lián)系了近十個(gè)單位 組織了近百人的試驗(yàn)研究課題組 進(jìn)行了一年多的工作 完成了我國第一次實(shí) 車足尺寸碰撞試驗(yàn)的研究任務(wù) 建立了一套試驗(yàn)方法和設(shè)施 1 9 9 2 年底 交通 部公路科學(xué)研究所在總結(jié)全國護(hù)欄實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)上 推出了新型的變截面波 形梁護(hù)欄結(jié)構(gòu)形式 該結(jié)構(gòu)由于橫梁采用變截面形式 橫梁在搭接處結(jié)合緊密 使高強(qiáng)螺栓的性能得以充分發(fā)揮 橫梁在搭接處產(chǎn)生斷裂的可能性大為減小 從而保證了橫梁的連續(xù)梁作用 并使線形更加順適美觀 造價(jià)降低 該結(jié)構(gòu)形 武漢理 二大學(xué)碩士學(xué)位論文 式已應(yīng)用于首都機(jī)場和成渝高速公路 并將作為我國公路護(hù)欄的基本結(jié)構(gòu)形式 列入交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 在全國推廣應(yīng)用 到1 9 9 4 年初我國制定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) j t j 0 7 4 9 4 高速公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)及施工技術(shù)規(guī)范 1 9 9 5 年制訂了 高 速公路波形梁鋼護(hù)欄 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) 到1 9 9 7 年 交通部公路科學(xué)研究所就開發(fā) 了可用于高速公路設(shè)施碰撞研究的試驗(yàn)手段 為防撞護(hù)欄的試驗(yàn)研究創(chuàng)造了更 好的條件 2 0 0 0 年交通部編寫發(fā)布了 公路三波形梁鋼護(hù)欄 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并推廣 應(yīng)用 主要用于重型車 大型車比例高的路段和山區(qū)高速公路等地形不利之處 2 0 0 4 年我國又針對(duì)高速公路制訂了 高速公路護(hù)欄安全性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) j t g t f 8 3 0 1 2 0 0 4 2 0 0 6 年 在對(duì) 高速公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則 cj t j0 7 4 9 4 借鑒和修改的前提下 我國重新統(tǒng)一制訂了 公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)及施工技 術(shù)規(guī)范 j t g 廠rd 8 1 2 0 0 6 6 1 7 11 8 雖然我國的公路防撞護(hù)欄在研究和實(shí)踐上都取得了一定的進(jìn)步 但從整體 水平上與國外相比仍然存在很大的差距 主要表現(xiàn)為 一方面雖然我國高速公 路上已經(jīng)安裝了各種結(jié)構(gòu)形式的護(hù)欄 但其設(shè)計(jì)基本都是參照國外的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 和規(guī)范進(jìn)行的 嚴(yán)重缺乏實(shí)驗(yàn)過程和技術(shù)數(shù)據(jù) 更沒有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán) 這與我 國所面臨的w t o 規(guī)則是嚴(yán)重相背的 另一方面 實(shí)際上各國交通環(huán)境條件及 車型不盡相同 針對(duì)我國的具體情況 研究開發(fā)適合我國國情的新型高速公路 護(hù)欄 充分開展護(hù)欄沖擊過程的吸能導(dǎo)向特性及其反應(yīng)的研究 為我國護(hù)欄設(shè) 計(jì)積累必要的技術(shù)數(shù)據(jù) 是目前亟須解決的課題 1 3 研究目的和內(nèi)容 1 3 1 研究目的 統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)一步表明 在我國的道路交通事故中 發(fā)生在普通干線公路上 的約有4 5 發(fā)生在高速公路上的約有3 0 是車輛越出路外造成的 且由此造 成的特 重大惡性交通事故占該類事故總數(shù)的比例達(dá)6 2 以上1 9 我國每年有 1 3 的死亡事故發(fā)生在車輛與路側(cè)碰撞的單車事故中 且呈逐年上升趨勢 因 此有必要對(duì)汽車與高速公路護(hù)欄碰撞的規(guī)律進(jìn)行研究 對(duì)護(hù)欄結(jié)構(gòu)進(jìn)一步綜合 優(yōu)化 本文將建立轎車 護(hù)欄碰撞的仿真系統(tǒng) 基于這樣的系統(tǒng)用各種不同的 碰撞參數(shù)來進(jìn)行不同的實(shí)驗(yàn)研究 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來分析這些參數(shù)與人體遭受的 損傷之問的關(guān)系 通過這種關(guān)系可以明確將來需要進(jìn)一步研究的方向 本文研究的目的是通過改變護(hù)欄橫梁的某些設(shè)計(jì)參數(shù) 對(duì)比分析各個(gè)參數(shù) 與護(hù)欄防護(hù)性能的相互關(guān)系 為以后對(duì)護(hù)欄進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考 4 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 3 2 研究內(nèi)容 本文的研究內(nèi)容主要包含以下三個(gè)方面 1 建立轎車與波形梁護(hù)欄的碰撞仿真系統(tǒng) 建立準(zhǔn)確的模型是進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真研究工作的前提和關(guān)鍵 本仿真試驗(yàn)使 用的汽車多剛體模型的結(jié)構(gòu)和尺寸均參照天津一汽夏利2 0 0 0 三廂轎車 護(hù)欄模 型根據(jù)現(xiàn)行的 公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則 j t 叩d 8 12 0 0 6 中的c r a 4 c 護(hù)欄系統(tǒng)來設(shè)計(jì) 其組件包括護(hù)欄立柱 防阻塊和波形欄板 2 研究不同碰撞條件下護(hù)欄對(duì)事故車輛的防護(hù)性能 高速公路上轎車和護(hù)欄的碰撞可能在不同的碰撞速度 不同的碰撞角度下 發(fā)生 碰撞的角度 速度不同 護(hù)欄對(duì)事故車輛所起到的防護(hù)作用也會(huì)不同 乘員在事故中受到的傷害及傷害的程度也有差異 通過本文的研究探索在不同 的碰撞條件下 護(hù)欄防護(hù)能力以及乘員所受的傷害之間的規(guī)律 從而為護(hù)欄設(shè) 計(jì)和安全法規(guī)制訂提供依據(jù) 3 對(duì)比研究護(hù)欄的不同設(shè)計(jì)參數(shù)與其防護(hù)性能的相互關(guān)系 選取波形護(hù)欄欄板的某些設(shè)計(jì)參數(shù)作為研究對(duì)象 對(duì)比分析在相同的碰撞 條件下 不同設(shè)計(jì)量與護(hù)欄整體防護(hù)性能之間的相互關(guān)系 為以后對(duì)護(hù)欄進(jìn)行 優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考 1 4 研究方法 目前國內(nèi)外對(duì)車輛碰撞護(hù)欄的研究主要采用三種方法 實(shí)車足尺試驗(yàn)法 縮尺模型試驗(yàn)法和計(jì)算機(jī)仿真法 1 4 1 實(shí)車足尺試驗(yàn)法 實(shí)車足尺撞擊試驗(yàn)是用實(shí)際車輛沖撞護(hù)欄來模擬現(xiàn)實(shí)交通事故的一種研究 方法 它可以得到車輛在撞擊過程中的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)姿態(tài) 車輛與護(hù)欄的變 形和損傷特征以及碰撞沖擊力等真實(shí)可信的技術(shù)參數(shù) 是護(hù)欄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證 其他研究方法的直接依據(jù) 目前汽車 護(hù)欄碰撞試驗(yàn)較有影響力的標(biāo)準(zhǔn)主要有歐洲e n l 3 1 7 標(biāo)準(zhǔn)和 美國標(biāo)準(zhǔn)n c h r p 3 5 0 報(bào)告 1 0 1 1 1 1 早在1 9 7 4 年 美國國家合作高速公路研究項(xiàng) 目 n c h r p 1 5 3 報(bào)告就出版了 這個(gè)文件是第一個(gè)比較全面的標(biāo)準(zhǔn) 涉及到 范圍很廣的道路硬件設(shè)施 包括 縱向護(hù)欄 護(hù)欄端部 過渡段和碰撞緩沖器 等 提出了具體的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 主要包括以下三個(gè)方面 1 結(jié)構(gòu)的可靠性 5 武漢理 大學(xué)碩十學(xué)位論文 2 乘員安全的危險(xiǎn)程度 3 碰撞后汽車的行駛軌跡 后期陸續(xù)出現(xiàn)的n c h r p 2 3 0 報(bào)告和n c h r p 3 5 0 報(bào)告則對(duì)高速公路硬件安 全設(shè)施規(guī)定了詳細(xì)的足尺碰撞試驗(yàn)程序 試驗(yàn)碰撞條件由汽車的重量 碰撞速 度和碰撞角度組成 1 2 汽車與護(hù)欄的足尺寸碰撞試驗(yàn)需要大量的試驗(yàn)設(shè)備 表1 1 中列出了碰撞 試驗(yàn)的儀器 1 3 1 表1 1 碰撞試驗(yàn)儀器 參數(shù)n c h r p 2 3 0u b c 高速膠卷 2 0 0 f p s 警用無線電裝置 碰撞速度超速監(jiān)視區(qū) 高速錄像機(jī) 5 0 0 1 0 0 0 f p s 備用輪 碰撞角度 高速膠卷 2 0 0 f p s 高速錄像機(jī) 5 0 0 1 0 0 0 f p s 駛出路線 高速膠卷 2 0 0 f p s 汽車路線 護(hù)欄校準(zhǔn)儀 高速膠卷 2 0 0 f p s 高速錄像機(jī) 5 0 0 1 0 0 0 f p s 護(hù)欄偏轉(zhuǎn) 位移電壓計(jì)總體情況監(jiān)測系統(tǒng) 0 汽車轉(zhuǎn)動(dòng)速度速度陀螺儀3 一d 錄像分析 汽車加速度加速度儀加速度儀 為了提高高速公路的行車安全性 使高速公路的護(hù)欄設(shè)置更加安全合理 經(jīng)濟(jì)適用 中國在參照國外標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上于2 0 0 4 年1 2 月1 4 日發(fā)布了 高速公 路護(hù)欄安全性性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) j t g 廠rf 8 3 0 12 0 0 4 推薦性 該標(biāo)準(zhǔn)為檢驗(yàn) 各級(jí)高速公路護(hù)欄的實(shí)際防護(hù)能力和安全性能提供參考 表1 2 給出了該標(biāo)準(zhǔn) 中規(guī)定的我國實(shí)車碰撞的試驗(yàn)條件 1 4 表1 2 實(shí)車碰撞試驗(yàn)條件 序號(hào) 車輛質(zhì)量 t 碰撞速度 k m h 碰撞角度 一 碰撞能量 k j 11 51 0 02 0 21 06 02 01 6 0 以上 3 1 0 8 02 02 8 0 以上 41 4 8 02 04 0 0 以上 51 88 02 0 5 2 0 以上 特殊設(shè)計(jì)護(hù)欄 需要特殊設(shè)計(jì)的公路 如集裝箱 i 有率相當(dāng)高 跨越非 6 常重要建筑區(qū) 通航等級(jí)高 繁忙的河道 干線高速鐵路 等 各項(xiàng)指 標(biāo)可根據(jù)公路設(shè)計(jì)的實(shí)際情況具體確定 6 武漢理工大學(xué)碩十學(xué)位論文 1 4 2 縮尺模型試驗(yàn)法 縮尺模型試驗(yàn)法是一種將實(shí)際汽車護(hù)欄或其中的一部分構(gòu)件按一定比例縮 小進(jìn)行模擬試驗(yàn)的方法 它可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行 具有試驗(yàn)成本低 試驗(yàn)過程易 于控制 變換參數(shù)容易 可采用多組試件反復(fù)進(jìn)行等眾多優(yōu)點(diǎn) 是對(duì)護(hù)欄進(jìn)行 撞擊特性 撞擊剛度 能量吸收能力等物理力學(xué)特性研究的一種經(jīng)濟(jì)有效的試 驗(yàn)方法 但在應(yīng)用該方法時(shí) 需解決縮尺模型與實(shí)際模型的動(dòng)力模擬相似性的 問題 1 4 3 計(jì)算機(jī)仿真法 雖然實(shí)車碰撞試驗(yàn)是最主要的研究方法 但是人們也在逐漸使用計(jì)算機(jī)模 擬分析工具在這一領(lǐng)域里展開研究工作 6 0 年代早期c o m e l l 航空實(shí)驗(yàn)室的研 究人員用有限元研究了紐約公共事業(yè)部的汽車 護(hù)欄碰撞事故機(jī)制 開發(fā)出了簡 單的分析模型 使用彈簧 阻尼器 桿和連接器檢測汽車的動(dòng)態(tài)特性和護(hù)欄的 強(qiáng)度 這個(gè)研究是相當(dāng)成功的 得出了許多當(dāng)時(shí)通用護(hù)欄系統(tǒng)的評(píng)價(jià)結(jié)果 1 5 1 6 許多現(xiàn)在公認(rèn)的護(hù)欄安全問題是這次研究中發(fā)現(xiàn)的 如 1 護(hù)欄板與立柱的分離以防止汽車鉆入的重要性 2 輪胎掛在強(qiáng)度高的護(hù)欄立柱上的可能性 3 強(qiáng)立柱與相對(duì)較弱的立柱護(hù)欄組合時(shí)壓窩的可能性 這些研究結(jié)果在改善波形梁護(hù)欄性能 對(duì)目前仍在美國紐約州使用的箱型 梁護(hù)欄進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)確實(shí)起到了作用 通過計(jì)算機(jī)仿真方法 可以預(yù)先得到碰撞 的結(jié)果 從經(jīng)濟(jì)上考慮 這一點(diǎn)能夠極大的減小護(hù)欄的設(shè)計(jì)成本 從6 0 年代開始 隨著汽車使用人數(shù)的增加 發(fā)生的交通事故數(shù)量也不斷的 增加 人們對(duì)汽車的安全性越來越重視 這就迫使汽車生產(chǎn)廠家和設(shè)計(jì)者進(jìn)行 大量的試驗(yàn) 找出有關(guān)結(jié)構(gòu)和零部件的各類缺陷 提高產(chǎn)品的質(zhì)量 性能 現(xiàn) 在隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展 其它相關(guān)領(lǐng)域的新技術(shù)和新理論的不斷發(fā)展和 完善 實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模擬計(jì)算己經(jīng)成為可能 汽車發(fā)生碰撞時(shí) 其運(yùn)動(dòng)軌跡以及車內(nèi)乘員的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)往往十分復(fù)雜 因 此運(yùn)動(dòng)方程式的建立和求解也都很復(fù)雜 再加上碰撞時(shí)車身發(fā)生大變形并引起 儀表板 前圍板等零件縮入乘客室內(nèi) 減少了人體與室內(nèi)物體的距離 也使得 問題求解復(fù)雜化 因此 汽車碰撞的計(jì)算機(jī)模擬研究一般包括以下三方面的內(nèi) 容 1 用有限元方法研究汽車碰撞過程中車身 車架變形及動(dòng)態(tài)響應(yīng) 2 研究人體在多種碰撞條件下的響應(yīng) 7 武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 仿真計(jì)算 與之相關(guān)的最基本的也是最復(fù)雜的工作是建立能真實(shí)反映實(shí)際碰撞過程的 數(shù)學(xué)模型 現(xiàn)有的數(shù)學(xué)模型大體上可分為集中質(zhì)量模型 多體系統(tǒng)模型和有限 元模型 目前 數(shù)學(xué)建模主要涉及以下的研究領(lǐng)域 1 建立適用于不同碰撞條件 正面碰撞 側(cè)面碰撞 尾部碰撞等 的車體 動(dòng)力學(xué)模型 包括各種汽車部件模型 2 建立體現(xiàn)不同人體特征和動(dòng)力響應(yīng)特性的假人模型 3 建立人體局部結(jié)構(gòu)的生物力學(xué)模型 4 建立汽車安全系統(tǒng)模型 計(jì)算機(jī)模擬研究汽車碰撞過程中車身 車架變形及動(dòng)態(tài)響應(yīng)的重要前提是 建立正確的汽車結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型 根據(jù)研究對(duì)象的不同 建立的數(shù)學(xué)模型可以是 整車模型 也可以是汽車的某一部分 目前應(yīng)用于汽車碰撞模擬的計(jì)算機(jī)仿真軟件主要有l(wèi) s d y d a p a m c r a s h m a d y m o 等等 1 l s d y n a l s d y n a 是世界上著名的通用顯式動(dòng)力分析程序 它以l a g r a n g e 算法為 主 兼有觸正和e u l e r 算法 以顯式求解為主 兼有隱式求解功能 以結(jié)構(gòu)分 析為主 兼有熱分析 流體 結(jié)構(gòu)耦合功能 以非線性動(dòng)力分析為主 兼有靜力 分析功能 如動(dòng)力分析前的預(yù)應(yīng)力計(jì)算和薄板沖壓成形后的回彈計(jì)算 特別適 合求解各種結(jié)構(gòu)的高速碰撞 爆炸和金屬成型等高度非線性瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)問題 在工程界得到廣泛應(yīng)用并被認(rèn)為是最佳的顯式分析軟件包 與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的無數(shù) 次對(duì)比證實(shí)了其計(jì)算的可靠性和準(zhǔn)確性 2 p a m c r a s h p a m c r a s h 是基于顯式有限元算法的計(jì)算機(jī)三維碰撞沖擊仿真模擬系 統(tǒng) 能夠?qū)Υ笪灰?大旋轉(zhuǎn) 大應(yīng)變 接觸碰撞等問題進(jìn)行十分精確的模擬 主要有以下顯著特點(diǎn) 能夠簡便地處理異常復(fù)雜的邊界約束 支持多c p u 并行計(jì)算 d m p 和s m p 運(yùn)算效率高 三維圖形顯示屬性靈活控制 色彩多樣逼真 動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存 無須用戶設(shè)置 靈活控制計(jì)算的時(shí)間步長 可設(shè)置阻尼以加快求解彈性接觸時(shí)的收斂 自動(dòng)消除初始穿透 靈活搜尋接觸區(qū)間 針對(duì)大變形材料可采用特有的a d a p t i v em e s h f r o z e n m a t r i c n o n 1 i n e a r c o n t a c ts t i f f n e s s 等措施來保證求解的穩(wěn)定性和精確性 8 武漢理工大學(xué)碩十學(xué)位論文 可設(shè)定材料的斷裂失效條件 簡便地定義焊點(diǎn) 鉚釘?shù)燃s束及其斷裂條件 針對(duì)汽車碰撞而特設(shè)指標(biāo)整形 輸出 比較模塊 3 m a d y m o m a d y m o m a t h e m a t i cd y n a m i cm o d e l 多剛體動(dòng)力學(xué)分析軟件是最初在 1 9 7 5 年由荷蘭的t n o 公路汽車研究學(xué)會(huì)完成 m a d y m o 軟件由二維版本和 三維版本組成 兩個(gè)版本有幾乎相同的格式 m a d y m o 到1 9 8 3 年形成了3 0 版 到1 9 8 8 年形成了4 2 版 目前 m a d y m o 已發(fā)展到6 3 2 版 并成功地將 有限元融入多剛體系統(tǒng)分析中 成為了一個(gè)多剛體與有限元結(jié)合的數(shù)學(xué)模擬軟 件 主要用于汽車碰撞安全性研究 可以做乘員約束系統(tǒng)分析 1 7 1 m a d y m o 軟件中有著全世界最好的機(jī)械假人數(shù)學(xué)模型和歐洲人體模型項(xiàng)目最新開發(fā)的 h u m 0 2 數(shù)學(xué)模型 廣泛應(yīng)用于車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 懸架系統(tǒng)分析 安全氣囊 安 全帶 座椅 儀表板 方向盤轉(zhuǎn)向柱等開發(fā) 是乘員約束系統(tǒng)整合及優(yōu)化設(shè)計(jì) 的首選工程軟件和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 1 4 4 研究方法對(duì)比 足尺寸碰撞試驗(yàn)是綜合評(píng)價(jià)汽車碰撞安全性能的最基本 最有效的方法 只要試驗(yàn)條件符合實(shí)際碰撞條件 試驗(yàn)設(shè)備達(dá)到一定的精度 其結(jié)果是最直觀 的 因此該方法己為國內(nèi)外很多研究人員使用 是一種不可替代的方法 但是 由于足尺寸試驗(yàn)的費(fèi)用非常昂貴 進(jìn)行試驗(yàn)準(zhǔn)備的時(shí)間也很長 從而限制了這 種方法的廣泛應(yīng)用 另外 即使花費(fèi)大量的資金對(duì)安全設(shè)施進(jìn)行一系列的足尺 寸碰撞試驗(yàn) 以確保可靠的安全特性 但是這些試驗(yàn)裝置和實(shí)際路旁設(shè)施之間 依然存在差別 另一方面 進(jìn)行足尺寸碰撞試驗(yàn)的范圍是非常有限的 從目前 國內(nèi)外研究人員所做過的試驗(yàn)看 進(jìn)行的試驗(yàn)主要是針對(duì)頻發(fā)事故而設(shè)計(jì)的 而且?guī)缀跛械淖愠叽缗鲎苍囼?yàn)都是在平地上進(jìn)行的 而這種條件與實(shí)際情況 并不完全相符 最后一點(diǎn) 足尺寸碰撞試驗(yàn)的再現(xiàn)性不是很好 其結(jié)果會(huì)受到 試驗(yàn)地點(diǎn) 試驗(yàn)環(huán)境等條件的影響 近年來 非線性有限元程序的發(fā)展 極大地推動(dòng)了計(jì)算機(jī)建模和汽車碰撞 仿真技術(shù)的發(fā)展 隨著計(jì)算機(jī)模擬汽車與路旁設(shè)施碰撞能力的提高 研究道路 安全特性將變得更加經(jīng)濟(jì) 由于減少了所需足尺寸碰撞試驗(yàn)的數(shù)量因而能大大 降低研究費(fèi)用 研制新的硬件設(shè)施的成本也就隨之大大減小 對(duì)于那些無法通 過足尺寸碰撞試驗(yàn)來進(jìn)行研究的情況 卻可以利用計(jì)算機(jī)仿真來很好地模擬 從而有助于改進(jìn)和提高汽車安全和道路安全 只要模型建立得準(zhǔn)確 得出的結(jié) 果就會(huì)與實(shí)際的結(jié)果接近 計(jì)算機(jī)仿真其結(jié)果的再現(xiàn)性很好 只要輸入條件相 9 武漢理 f 大學(xué)碩十學(xué)位論文 同 計(jì)算精度相同 得到的結(jié)果就會(huì)一致 由于計(jì)算機(jī)仿真是對(duì)真實(shí)事件的簡化 并且計(jì)算結(jié)果受計(jì)算精度的限制 因此有必要驗(yàn)證仿真模型的正確性 往往通過做足尺寸碰撞試驗(yàn)來驗(yàn)證計(jì)算機(jī) 仿真模型的正確性 通過對(duì)比分析這兩種方法得到的試驗(yàn)結(jié)果 來確定模型是 否準(zhǔn)確 找出還存在的問題 為模型的修正提供依據(jù) 盡管計(jì)算機(jī)仿真已經(jīng)表 現(xiàn)出很強(qiáng)大的生命力和適應(yīng)性 但是目前還是無法完全取代費(fèi)用昂貴的足尺寸 試驗(yàn) 1 0 武漢理 大學(xué)碩士學(xué)位論文 第2 章護(hù)欄裝置 眾所周知 護(hù)欄作為高速公路上重要的安全設(shè)施 對(duì)交通事故的防治尤其 是對(duì)特 重大惡性交通事故的防治具有相當(dāng)重要的意義 高速公路護(hù)欄主要作 用有 1 防止失控汽車沖出路外或越過中央分隔帶的功能 2 具有較強(qiáng)的吸收碰撞能量的能力 3 具有導(dǎo)向功能 使碰撞汽車改變行駛方向 4 具有誘導(dǎo)視線的功能等 2 1 護(hù)欄類型 護(hù)欄作為一種縱向吸能結(jié)構(gòu) 通過自體變形或車輛爬高來吸收碰撞能量 從而改變車輛行駛方向 阻止車輛越出路外或進(jìn)入對(duì)向車道 最大限度地減少 對(duì)成員的傷害 按其在公路中的縱向設(shè)置位置 可分為路基護(hù)欄和橋梁護(hù)欄 按其在公路中的橫向設(shè)置位置 可分為路側(cè)護(hù)欄和中央分隔帶護(hù)欄 根據(jù)碰撞 后的變形程度 可分為剛性護(hù)欄 半剛性護(hù)欄和柔性護(hù)欄 1 8 2 1 1 剛性護(hù)欄 剛性護(hù)欄是一種基本不變形的護(hù)欄結(jié)構(gòu) 混凝土護(hù)欄是剛性護(hù)欄的主要形 式 它是一種以一定形狀的混凝土塊相連接而組成的墻式結(jié)構(gòu) 它利用失控車 輛與墻碰撞后爬高并轉(zhuǎn)向來吸收碰撞能量 混凝土護(hù)欄分為整體式和分離式兩 種形式 整體式護(hù)欄適合設(shè)置在中央分隔帶較窄路段 分離式護(hù)欄適合設(shè)置在 中央分隔帶較寬路段 這樣就使得易于在中央分隔帶內(nèi)埋設(shè)通信和供電管線 混凝土安全護(hù)欄的高度一般設(shè)計(jì)為8 1 0 m m 當(dāng)存在危險(xiǎn)的坡道和彎道時(shí) 則將 其加高 由于汽車與混凝土相撞時(shí) 護(hù)欄在瞬間沖擊荷載的作用下 基本上不移動(dòng) 不變形 碰撞過程中的能量主要是依靠汽車與護(hù)欄面接觸并沿著護(hù)欄面爬高和 轉(zhuǎn)向來吸收 并使碰撞汽車恢復(fù)到正常行駛方向 所以混凝土護(hù)欄的截面形狀 和尺寸 高度 寬度等 直接影響碰撞作用效果 目前 國內(nèi)外混凝土護(hù)欄一 般都采用上 下雙斜面的結(jié)構(gòu)型式 見圖2 1 其下斜面較緩用于抬升汽車 將 動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢能 減緩沖擊速度 而其上斜面較陡用于攔阻汽車 1 9 混凝土護(hù)欄的施工可采用滑模成型 預(yù)制和現(xiàn)澆三種方法進(jìn)行 采用預(yù)制 方法可保證護(hù)欄混凝土的整體質(zhì)暈和線形較美觀 可在其他工程施工時(shí) 進(jìn)行 武漢理i 人學(xué)碩十學(xué)位論文 護(hù)欄預(yù)制 最后可加快護(hù)欄施工 但需要較大的預(yù)制場地 采用現(xiàn)澆法施工時(shí) 混凝土表面質(zhì)量及護(hù)欄線形較難保證 施工工藝段加強(qiáng)控制 進(jìn)度較慢 對(duì)于 整體式的混凝士護(hù)欄 若通信管線埋于中央分隔帶護(hù)欄內(nèi) 則只能使用現(xiàn)澆法 施工 采用滑模成型法 成本低 因?yàn)榭梢苑胖煤荛L的路段而不必截?cái)?2 叭 2 1 2 半剛性護(hù)欄 圖2 i 混凝土護(hù)欄 飛讕 武漢理 大學(xué)碩士學(xué)位論文 撞護(hù)欄一般采用波形梁鋼護(hù)欄作為路側(cè)護(hù)欄及中央分隔帶護(hù)欄 中央分隔帶護(hù) 欄采用分設(shè)型 目前這種護(hù)欄使用較為廣泛 對(duì)波形梁護(hù)欄的設(shè)計(jì)主要是其高度的確定 合理的高度應(yīng)使失控汽車與護(hù) 欄碰撞時(shí) 能作用于汽車的有效部位 即不使汽車越出欄桿 又不致使汽車鉆 入護(hù)欄下面 目前規(guī)范中規(guī)定護(hù)欄安裝高度即連接螺栓中心至路面的距離為 6 0 c m 通信管道可埋在中央分隔帶下 埋深超過護(hù)欄柱 以免發(fā)生交通事故時(shí) 受撞擊的護(hù)欄柱對(duì)通信管道造成破壞 波形梁護(hù)欄工程總造價(jià)一般不超過整體 式混凝土護(hù)欄 2 1 3 柔性護(hù)欄 柔性護(hù)欄是一種具有較大緩沖能力的韌性護(hù)欄結(jié)構(gòu) 纜索護(hù)欄是柔性護(hù)欄 的主要代表形式 它是一種以數(shù)根施加初張力的纜索固定于立柱上而組成的結(jié) 構(gòu) 它主要依靠纜索的拉應(yīng)力來抵抗車輛的碰撞 吸收碰撞能量 纜索護(hù)欄由纜索 立柱和托架組成 纜索一般通過鋼絲繩經(jīng)過防銹處理鍍 鋅 鋁 制作而成 如圖2 3 為國內(nèi)某條高速公路上所裝配纜索護(hù)欄 纜索護(hù) 欄可適用于路側(cè)護(hù)欄和中央分隔帶護(hù)欄 當(dāng)用于中央分隔帶護(hù)欄時(shí) 兩側(cè)纜索 通過一根立柱相聯(lián) 可用于中央分隔帶較窄的路段 最早的纜索安全護(hù)欄是由 美國紐約州和加利福尼亞州于2 0 世紀(jì)5 0 年代晚期開發(fā)的 纜索的數(shù)量由2 索 增加到目前的3 索和4 剝2 1 j 目i j 使用比較多的是三索護(hù)欄 纜索護(hù)欄的施工一般安排在路面施工完成后進(jìn)行 包括立柱埋設(shè)安裝托架 和架設(shè)纜索 其中端部及中間端部施工較復(fù)雜 立柱的埋設(shè)可通過鉆孔法或打 樁法施工 同時(shí) 纜索護(hù)欄用于中央分隔帶時(shí) 高速公路通信管線可在立柱之 間埋設(shè) 2 1 4 幾種護(hù)欄特性對(duì)比 1 混凝土護(hù)欄防止車輛越出路外的效果好 車輛撞時(shí)幾乎不變形 整體 式混凝土護(hù)欄適合于中央分隔帶較窄的路段和較危險(xiǎn)的路側(cè)護(hù)欄 混凝土護(hù)欄 的維修量小 行車時(shí)噪音較大有壓迫感 施工速度慢 整體線形較難順直 整 體式混凝土護(hù)欄防眩造價(jià)高 不易埋設(shè)通信管道且不能在以后新增管道 2 波形梁護(hù)欄具有一定的剛性和韌性 損壞時(shí)容易更換 便于維修 且 有較好的視線誘導(dǎo)功能 能與道路線形相協(xié)調(diào) 外形美觀 用于中央分隔帶時(shí) 一般采用植物防眩 可美化環(huán)境和公路景觀 且節(jié)省造價(jià) 波形梁護(hù)欄施工工 藝簡單 速度較快 目前生產(chǎn)廠家及施工單位較多 易于選擇 3 纜索護(hù)欄具有最美觀的外形 適合于風(fēng)景區(qū)的高速公路 由于在彈性 武漢理1 大學(xué)碩 學(xué)位論文 范圍內(nèi)工作 可以重復(fù)使用 容易修復(fù) 適用于北方積雪地區(qū) 支柱間距比較 靈活 受不均勻沉陷的影響小 但纜索護(hù)欄施工復(fù)雜 端部立柱損壞時(shí)修理困 難 不適合在小半徑路線路段使用 視線誘導(dǎo)性差 架設(shè)長度短時(shí)不經(jīng)濟(jì) 2 2 護(hù)欄設(shè)計(jì)方法 護(hù)欄作為公路的重要安全附屬設(shè)施 只有進(jìn)行正確的設(shè)計(jì)和設(shè)置 才有可 能直接削減交通事故的傷亡率 因此 護(hù)欄的設(shè)置對(duì)提高公路運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)效益 和社會(huì)效益有至關(guān)重要的作用 對(duì)于行車安全 行車舒適度 公路沿線景觀和 工程造價(jià)都具有一定的影響 所以 必須充分認(rèn)識(shí)各種護(hù)欄的特性 合理選擇 和設(shè)置護(hù)欄 2 2 1 設(shè)置原則 按照護(hù)欄設(shè)置的位置的不同 護(hù)欄的設(shè)置原則也不同 主要分為 路側(cè)護(hù) 欄和中央分隔帶護(hù)欄 2 2 1 1 路側(cè)護(hù)欄 凡符合以下任一種情況的路段都應(yīng)該設(shè)置路側(cè)護(hù)欄 1 車輛駛出路外有可能造成二次特大事故的路段必須設(shè)置路側(cè)護(hù)欄 2 凡符合下列情況之一 車輛駛出路外有可能造成單車特大事故或二次 重大事故的路段必須設(shè)置路側(cè)護(hù)欄 二級(jí)及以上等級(jí)公路邊坡坡度和路堤高度在圖2 4 的i 區(qū)方格陰影范圍 之內(nèi)的路段 2 2 l o g 冒 蟊6 姆 蔞n 2 o 辯溪心岡 既鞠凌蒸簽 美瓣黼?yún)Q感黼 黼 冀 形 篷搿f 琵i 蕊 憋 一 黲攥 i 巡賽湫 澎 s 搿j 穆釜蕊遵黼 漤 黲 戤 出i 繇 哆 l 黼甥 7 一 1 7 芻 y 1 2 1 3 訪坡i 霾虛 圖2 4 邊坡坡度 路堤高度與設(shè)置護(hù)欄的關(guān)系 路側(cè)有江 河 湖 海 沼澤 航道等水域的路段 1 4 武漢理工大學(xué)碩十學(xué)位論文 3 凡符合下列情況之一 車輛駛出路外有可能造成重大事故的路段 應(yīng) 設(shè)置路側(cè)護(hù)欄 二級(jí)及以上等級(jí)公路邊坡坡度和路堤高度在圖2 4 的i i 區(qū)斜線陰影范圍 以內(nèi)的路段 高速公路 一級(jí)公路路側(cè)安全凈區(qū)內(nèi)設(shè)有車輛不能安全穿越的照明燈 攝像機(jī) 可變信息標(biāo)志 交通標(biāo)志 路塹支撐壁 聲屏障 上跨橋梁的橋墩或 橋臺(tái)等設(shè)施的路段 二級(jí)及以上等級(jí)公路路側(cè)邊溝無蓋板 車輛無法安全穿越的挖方路段 三 四級(jí)公路路側(cè)有懸崖 深谷 深溝等的路段 4 凡符合下列情況之一 經(jīng)論證車輛駛出路外有可能造成一般或重大事 故的路段宜設(shè)置路側(cè)護(hù)欄 二級(jí)及以上等級(jí)公路邊坡坡度和路堤高度在圖2 4 的i i i 區(qū)內(nèi)的路段 三 四級(jí)公路邊坡坡度和路堤高度在圖2 4 中i 區(qū)內(nèi) 二級(jí)及以上等級(jí)公路縱坡大于或等于現(xiàn)行 公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) j p g b 0 1 規(guī)定的最大縱坡值的下坡路段和連續(xù)長下坡路段 二級(jí)及以上等級(jí)公路平曲線半徑小于現(xiàn)行 公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) j p g b 0 1 一般最小半徑的路段外側(cè) 在高速公路 一級(jí)公路用地范圍內(nèi)存在粗糙的石方開挖斷面 高出路面 3 0 c m 以上的混凝土基礎(chǔ) 擋土墻或大孤石等障礙物時(shí) 高速公路 一級(jí)公路互通式立體交叉出口匝道的三角地帶及匝道小半徑 圓曲線外側(cè) 5 根據(jù)車輛駛出路外有可能造成的交通事故等級(jí) 應(yīng)按表2 1 的規(guī)定選 取路側(cè)護(hù)欄的防撞等級(jí) 因公路線形 運(yùn)行速度 填土高度 交通量和車輛構(gòu) 成等因素易造成更嚴(yán)重碰撞后果的路段 應(yīng)在表2 1 的基礎(chǔ)上提高護(hù)欄的防撞 等級(jí) 表2 1 路基護(hù)欄防撞等級(jí)的適用條件 設(shè)計(jì)速度 車輛