公路墩在我国的设计提供一定的理论基础和设计依据

发布时间：2016年12月26日   |   阅读次数： 215

公路墩在我国的设计提供一定的理论基础和设计依据
护栏是重要的交通安全设施，车辆与护栏的碰撞是极其复杂的事件，涉及到人、车、护栏三方面的因素。传统的车辆与护栏的碰撞研究大都是由车辆的碰撞安全性研究“嫁接”而来，公路墩其往往是将车辆与护栏分裂开来单独研究，即没有考虑任何祸合动力学现象。显然，这样得到的结果并不能反映问题的本质。
在本文中，认为在车辆撞击护栏这一事件中，车辆与护栏乃是碰撞系统中不可分割的两个组成部分，。者相互祸合、相互影响，共同构成了一个有机的整体。
从某种意义上说，护栏设计的效果好坏和护栏碰撞仿真计算精度的高低与上述思想的采纳执行程度密切相关。以此为基础，本文以目前公路桥梁应用最为广泛的半刚性护栏和对护栏具有最大威胁的重型集装箱卡车为研究对象，采用有限元法，建立车辆与半刚性护栏的有限元模型，模拟实物碰撞实验，从而进一步分析车辆与半刚性护栏的碰撞性能，为护栏设计和安全性做出评估。
首先，建立经济合理的“车辆一半刚性护栏”碰撞系统有限元计算分析模型，要求模型中既要考虑半刚性护栏与车辆各自的弹塑性大变形现象，又要考虑半刚性护栏与车辆各自的几何形状与尺寸，还要考虑车辆与护栏之间的接触与摩擦等复杂因素，这是在整个问题中最为关键性的问题。同济大学的周德源、钱江和高云鹏教授等己采用ANSYS和PAM/CRASH分别建立了护栏体系的简化模型和“车辆一半刚性护栏”体系的祸合模型，陈权在此基础上对上面两个模型进行了统一并在ANSYS和LSDYNA下建立了相对协调的“车辆一半刚性护栏”祸合体系的有限元模型。
本文将在上述有限元模型的基础上，护栏底座对其进行进一步的改进和完善，以达到对实际问题的更为准确的模拟。这部分工作主要包括如下几方面：
1)尝试采用参数化(命令流)建模的思想，在ANSYS环境下建立整个“车辆一半刚性护栏”碰撞体系有限元计算分析模型，从而便于调整参数，改变材料性能、结构尺寸以及碰撞条件，可以系统地对各种情况下的车辆护栏碰撞进行模拟分析。
2)针对可能的车辆与护栏发生接触的部位进行进一步的细化，这主要包括对模型中可能接触部位单元尺寸的进一步合理划分以及相应接触对的建立。
3)尝试引入转向节模型来模拟集装箱卡车牵引车与挂车之间的连接。牵引车与挂车之间的连接不是纯粹的祸合连接，它们之间随着夹角的增大会产生弯矩，并在弯矩的作用下逐渐锁死，这样的话，随着牵引车的转向，挂车也会逐渐转向，反过来挂车也会制约牵引车的转向。由于转向节部分的结构比较复杂，本文将主要在模拟其连接作用的基础上进行建模。
4)充分考虑摩擦。摩擦(特别是车轮与地面间的摩擦)在车辆碰撞问题中是绝对不能忽略的因素，其对碰撞结果有着极大的影响，严格来说，不考虑摩擦的话就无法准确反映出车辆碰撞问题的实质。在本文中，将根据各接触对材料的不同，引入相应的摩擦系数，从而反映出摩擦对碰撞的影响。
5)考虑车轮的滚动效应。在模拟分析车辆碰撞的过程中，车轮滚动与否，对于车辆运动姿态(比如向基座的爬升)以及碰撞结果都有着重大的影响。在实际碰撞过程中，车辆的车轮大部分都处于滚动状态(除了制动车轮在刹车情况下)，这样的话，如果所建模型中不考虑车轮滚动的话，有可能无法准确反映车辆的运动规律，从而进一步影响得出结果的可靠性。对车轮滚动效应的模拟可以采用祸合的方法，也可以通过施加角速度来实现，本文将采用前者。
其次，应用“车辆一半刚性护栏”碰撞系统完整祸合动力学模型，进行碰撞过程中车辆运动规律与碰撞损害程度的研究。车辆与护栏的碰撞过程可分为碰撞前运动、碰撞和碰撞后运动三个连续的阶段，其中碰撞和碰撞后的运动尤为复杂。初步接触碰撞之后，车辆可能会进一步发生其他运动，如：转向或制动直至停车、轮胎被护栏立柱挂住、冲破护栏、越过护栏或钻入护栏底、翻转；或在碰撞后，可能由于速度非常高，而使车辆反弹回来，从而引起颠覆或发生与其他路侧设施或车辆相碰撞的恶性事故。
在本文中，铸铁公路墩将通过改变碰撞过程中的初始碰撞条件，考察各种情况下车辆运动的规律(包括车辆运动姿态、车辆位移以及车辆运行速度等等)，分析各工况下护栏体系(横梁、支托以及立柱)的位移、应力及应变，从而对不同情况下碰撞所造成的损害程度进行评估。据此确定有利于减轻车辆碰撞损害的结构(车辆或护栏)设计原则，并为半刚性护栏的设计提供一定的理论基础和设计依据。

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