梁柱式钢护栏横梁布局研究

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1、梁柱式钢护栏横梁布局研究摘要：利用计算机仿真技术，构建了SA、SS级梁柱式钢护栏的模型，系统分析了梁柱式钢护栏相同截面的横梁布局，以及横梁的壁厚组合。通过优化设计，确定横梁的高度、间距、壁厚，使其能够迗到新的《公路护栏安全性能评价标准》(JTGB05-01-2013)的要求，为梁柱式钢护栏的开发提供了技术指导。关键字：梁柱式钢护栏；横梁；仿真；碰撞分类号：TU74文献标识码：A1引言梁柱式钢护栏(除波形梁护栏以外)属于半刚性护栏，具有较好的变形能力和延性，能够吸收大量的撞击能量，对车辆有一定的缓冲作用。其与混凝土护栏相比自重小，结构型式

2、灵活，占用面积小，具有一定的视线诱导作用，能与道路线形相协调；通透性好，可在一定程度上满足周围环境景观的需要［［［1］北京深华达交通工程技术开发有限公司，公路护栏研究概况，技术成果介绍，2002年7月。］］。梁柱式钢护栏的应用越来越广泛，目前国内的工程实例如青岛海湾大桥、港珠澳大桥［［口闰书明，方磊，张梁等.港珠澳大桥护栏碰撞试验条件研究［J］.城市道桥与防洪，2011,(4)：87_89.］］、上海东海大桥［［［］张剑英.东海大桥防撞护栏结构设计研究[D].同济大学，2004.]]等。开展梁柱式钢护栏结构研究很有必要。梁柱式钢护栏的横

3、梁对车辆的碰撞起到了很关键的作用，虽然《公路交通安全设施设计细则》(JTG/TD81-2006)[[[]JTGD81-2006T《公路交通安全设施设计细则》[S].]]对金属梁柱式护栏的构造有所规定，但过于宽泛。随着新的《公路护栏安全性能评价标准》(JTGB05-01-2013)[[[]JTGB05-01-2013公路护栏安全性能评价标准[S].]]的实施，有必要对梁柱式钢护栏的横梁进行系统分析。基于有限元法的碰撞仿真技术在护栏开发领域得到广泛的应用，仿真模拟具有周期短、费用低、数据丰富的特点。本文按照新标准的要求，采用仿真模拟技术来研

4、究梁柱式钢护栏横梁，从而为护栏的整体设计提供参考[[[]闰书明.有限元仿真方法评价护栏安全性能的可行性[J].振动与冲击，2011，30(1)：152-156.]]。2梁柱式钢护栏横梁布局(1)低横梁的高度确定小客车的防护主要靠梁柱式钢护栏的低横梁，新标准中对小客车碰撞的安全性能评价指标主要从阻挡功能、缓冲功能、导向功能三个方面来衡量。其中对缓冲功能中乘员碰撞加速度的要求为纵向与横向加速度不得大于200m/So在横梁截面一定的情况下，横梁的布局就对加速度有很大的影响，以满足最小乘员碰撞加速度的要求来确定低横梁的布局是合理的。梁柱式钢护栏

5、一般都有混凝土基础，通过预埋地脚螺栓使基础与护栏立柱连接，护栏基础具有伸出地面一定高度的路缘石[[□陈向阳，邰永刚，张颖等.跨海桥梁组合式护栏设计研究[J].公路交通技术，2010，（6）:68—70.]]。现在初步设计一款新型的SA级护栏见图1。四根横梁，横梁之间通过套管连接。从地面开始往上数，分别称横梁一、二、三、四，护栏的结构参数见表1。为了减少小客车的碰撞加速度，使得碰撞时横梁变形吸能更大一点，横梁一、二的壁厚设定为4mm，横梁三、四的壁厚设定为6mm。表1SA级护栏结构参数结构尺寸（mm）护栏总高14⑻立柱间距2000单根横梁

6、长度6000路缘石高度150横梁一中心距地面高度375横梁间距3201一款新型的SA级梁柱式钢护栏按照新标准，SA级小客车碰撞参数为质量1.5t、速度100km/h、与护栏夹角20o。小客车碰撞过程仿真结果如下:2小客车碰撞过程行驶状态由小客车的碰撞过程可以看出小客车碰撞姿态正常，能够顺利导出，提取小客车重心处的加速度见图3。x方向为车身纵向，y方向为车身横向。(a)x方向加速度(b)Y方向加速度3小客车碰撞加速度数据经处理后，乘员碰撞加速度x方向为191.2m/s2,y方向为164.8m/s2。通过查看碰撞过程，发现保险杠没有完全与最

7、下面的横梁碰撞接触，并且插到下面两根梁的中间，与立柱发生碰撞，产生绊阻。根据车辆模型的保险杠的高度，将横梁一的高度调整为440mm,其余横梁的间距调整为300mm,调整后碰撞过程仿真见图4。4小客车碰撞过程行驶状态调整横梁高度后，横梁一与保险杠完全接触，保险杠变形比较充分，说明碰撞吸能较好。车辆碰撞姿态正常，能够顺利导出。乘员碰撞加速度见图5。(a)x万向加速度(a)Y方向加速度5小客车碰撞加速度数据经处理后乘员碰撞加速度x方向145.6m/s2，y方向为198.8m/s2,很明显车辆没有绊阻，横梁变形合理，x方向加速度下降。所以调整最

8、下面的横梁高度是合理的。在横梁一的高度确定后，以SS级护栏来研究横梁二的高度影响。初步设计SS级整体高度为1500mm，还是4根横梁，横梁一的高度保持不变，为440mm。其余横梁间隙均布，即横梁一与横梁二的