山区公路用于防止二次撞击的柔性耗能护栏.pdf

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1、道路与交通工程器ROad＆Tra仟lcEngineering山区公路用于防止二次撞击的柔性耗能护栏陈国虞1，倪步友1，赵振宇2，李文华3(1．上海海洋钢结构研究所，上海201204；2．西安交通大学航天航空学院，陕西西安710065；3．北京市IiI政T程研究院．北京100037)摘要：为预防山区公路弯道及岔道处车辆撞击石质或钢制防撞栏后产生的反力所引起的二次撞击．提出将采用粘弹性防撞元件的柔性防船撞装置应用到山区公路防护中的设计思路，并对柔性耗能护栏进行设计计算，根据计算结果绘制了该类装置的效果图。关键词：山区公路；弯道；柔

2、性防撞；防撞护栏；二次撞击；延长撞击时间中图分类号：U417．12文献标志码：B文章编号：1009—7767(2014)06—003l—03FlexibleEnergyDissipationGuardrailforSecondaryImpactPreVentioninMountainousHighwayChenGuoyu，NiBuyou，ZhaoZhenyu，LiWenhual山区公路柔性防撞装置的提出我国云、贵、川、湘等省的山区公路有些弯道一边是悬崖，一边是山体。石质(包括石砌和人工石)或钢制的护栏设在弯道外侧(悬崖侧)，车

3、辆撞击反弹后易侧翻撞地或撞击其他车辆，甚至撞向山体一侧，造成二次撞击。所以在悬崖一侧设置的防撞护栏应选择柔代黧勰性耗能型，在拦阻车辆后可使车辆稍作平移后拨正方向，从而回到前进车道上，避免侧翻或撞到对面来车。我国在2007年广湛公路九江大桥被撞之前．已在湛江海湾大桥建成了设有粘弹性防撞元件的柔性防船撞装置11_31，其构造由外钢围和有粘弹性的柔性耗能防撞圈组成【4'5】．如图1所示【6-71。a)防船撞装置外形b)防船撞装置局部图1广东湛江海湾大桥主墩50000c级防船撞装置碰撞发生时，防撞装置需要吸收的能量值较大。实践中发现，

4、粘弹性的防撞元件(柔性高耗能防撞圈)可以吸收来撞船体的一部分动能．延长碰撞过程，且碰撞初期撞击力上升缓慢，撞击部位的滑动可以拨正船体方向，使船体继续前进，从而化解事故。车船防撞在吸能、耗能、反弹、拨正方向等方面具有共性，在数值计算方面采用的DYNA一3D程序也是相同的∽剐，所以将桥墩防船撞的实践成果移植到山区公路弯道柔性护栏和岔道、跨线桥防撞墩上，是便捷、可行的。2山区公路柔性防撞装置的结构设计粘弹性的防撞元件(柔性高耗能防撞圈)结构形2014卑第6棚(11一)第32卷辛荭故木31鬻器道路与交通工程R0ad＆Tra仟icEng

5、ineering式如图2所示，中间密集堆垒的钢丝绳起摩擦耗能的作用，外面为复合氯丁橡胶。粘弹性的防撞元件受冲击后的“力一变形”曲线如图3所示．其对撞击能的吸收和耗散较其他元件不同，具有以下3个特点：初撞时反力上升慢、耗能多、卸载时对车船不推到原位。图4所示的是粘弹性防撞元件在外钢同的组合下串联并联使用，用以防御大的冲击对象。山区公路弯道的外侧(悬崖侧)及岔道处采用的设有粘弹性元件的柔性防撞栏和柔性防撞墩结构如图5、6所示。此类粘弹性元件的系列化参数见文献[9]。司3粘弹性元件冲击“力一变形”

6、}玎线阔4粘弹。陀元仆串许联单)÷

7、a)外形图I))剖面[皋I冈5弯道柔性防撞栏构造示意图(图中使用10个防撞圈)a)外形图h)剖面图图6岔道柔性防撞墩构造示意图(图中有防撞圈10个，若3面各设2个时，则共设6个)3山区公路柔性防撞装置的计算3．1参数选定1)典型车辆的选择：参照文献[10]、[1l】、[12]，选用32啼荭技术2014No．6(Nov．)VoI．32我国山区公路上最常见的中型卡车为典型车辆。该类卡车载货质量5t，空车质量5t，共10t。如某些路段需要选择大车型，可参照此计算方法计算。2)相撞速度：中型卡车在较平直的山区公路上行车速度通常为60k

8、Ⅱl／Il，考虑到转弯时再稍微减速．故相撞速度取54k勰，即15耐s；山道多弯路段的行车速度为40k舶，考虑到转弯时再稍微减速，故相撞速度取36knl，h．即10IIl／s。3)相撞角度：文献[10】、[12】、[13】中相撞角取值为15。、20。等。该计算中，根据护栏设置地点的不同，直道护栏相撞角取为15。；弯道护栏相撞角取为30。：对于两边行车的柔性防撞墩，因其本身有15。角．故相撞角取为30。。实船撞击试验证明，这种柔性高耗能防撞圈表现为粘弹性，设定总吸能量为船的动能10％～20％时．足以产生延时，并在较长的撞击过程中平

9、移地推开撞击物，不致产生侧翻。因此，取所有防撞圈额定吸能值总和大于典型车辆动能的20％便可。外面的钢结构设定在弹性变形范围内，受撞后恢复，多次反复使用，基本上不耗能。3．2护栏防撞圈吸能计算吸能计算采用载荷与抗力系数设计法，美国和欧洲的防撞设计规范中多用这种方法．我国在研究防