近幾年國內(nèi)很多高速公路在改造維護(hù)過程中對(duì)路面都進(jìn)行了重新罩面,導(dǎo)致護(hù)欄板距地面高度降低,無法滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。為方便舊護(hù)欄的再利用,提高經(jīng)濟(jì)性,采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行方案初選后,由實(shí)車碰撞試驗(yàn)確定滿足相關(guān)規(guī)范要求的護(hù)欄改造方案是評(píng)價(jià)護(hù)欄改造方案最直接、最有效的方法。通過此方法確定了一種施工簡(jiǎn)便且造價(jià)較低的護(hù)欄改造方案,該方案不僅簡(jiǎn)便,而且降低了護(hù)欄改造費(fèi)用,減少了對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響,適合應(yīng)用于目前狀況下我國高速公路護(hù)欄改造及再利用。

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和公路運(yùn)輸事業(yè)的蓬勃發(fā)展,交通量迅速增長(zhǎng),特別是大型重載車輛的迅猛增長(zhǎng)導(dǎo)致許多高速公路進(jìn)入中修或大修階段,由于重新罩面后,使得路面抬高,護(hù)欄高度降低,不能滿足目前我國規(guī)范要求;如果重新布置護(hù)欄,則原有護(hù)欄需要拆掉,立柱要拔出也比較困難,且存在對(duì)運(yùn)營(yíng)影響大,對(duì)路基損壞較大,施工量和施工難度大,花費(fèi)也高;如果能在原有護(hù)欄上做一些改造和處理,充分利用原有材料,使其滿足目前規(guī)范要求,則不但可以減少很多工作量,還可以節(jié)省大量的費(fèi)用,且對(duì)道路運(yùn)營(yíng)情況影響較小。所以,對(duì)護(hù)欄的改造研究就成了一個(gè)亟待解決的課題。但是,護(hù)欄改造方案需要滿足評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的要求,而這就需要進(jìn)行實(shí)車碰撞實(shí)驗(yàn)。

護(hù)欄改造方案的確定

目前,對(duì)護(hù)欄改造研究的主要方法實(shí)車碰撞試驗(yàn)和有限元仿真分析。實(shí)車碰撞試驗(yàn)是綜合評(píng)價(jià)汽車碰撞安全性能最直接、最有效的方法。但此類試驗(yàn)需要大型的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地以及成套的實(shí)驗(yàn)裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),要花費(fèi)大量的人力、物力,實(shí)驗(yàn)成本較高。并且為了優(yōu)選滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的護(hù)欄方案需要進(jìn)行多次實(shí)車碰撞試驗(yàn),研究往往要受到經(jīng)濟(jì)條件的限制。所以一般在實(shí)車碰撞之前先進(jìn)行有限元仿真,參考多次仿真的結(jié)果,確定最終的護(hù)欄改造方案,進(jìn)行實(shí)車碰撞試驗(yàn),以降低研究成本。本項(xiàng)目護(hù)欄改造方案的確定亦遵循這樣的步驟和原則。

汽車護(hù)欄碰撞是一個(gè)瞬態(tài)的大位移和大變形過程,涉及幾何、材料、接觸狀態(tài)等多重非線性,并且碰撞過程涉及的參數(shù)較多,所以汽車護(hù)欄碰撞仿真一般都采用先進(jìn)的非線性動(dòng)力學(xué)分析軟件,如Ls-dyna、pam-crash等。在本項(xiàng)目研究中,我們利用Ls-dyna軟件進(jìn)行各種不同護(hù)欄方案的碰撞模擬。

經(jīng)過多次碰撞仿真計(jì)算,確定了最終的護(hù)欄改造方案,如下圖所示:

護(hù)欄改造的實(shí)車碰撞試驗(yàn)

模擬仿真雖然也具有較高可靠性,但是畢竟還存在一定的誤差,為了確保護(hù)欄改造方案滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,必須進(jìn)行實(shí)車碰撞試驗(yàn)。實(shí)車碰撞試驗(yàn)有嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)要求以及成套的實(shí)驗(yàn)裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),為了保證實(shí)驗(yàn)的可靠性,實(shí)車碰撞選在具有檢測(cè)資質(zhì)的北京昌平深華達(dá)試驗(yàn)場(chǎng)完成,被試驗(yàn)護(hù)欄按照《高速公路護(hù)欄安全性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG/T F83-01-2004)的要求進(jìn)行安裝,護(hù)欄立柱的安裝位置、埋置深度等嚴(yán)格按沿海高速公路的現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)置,保證與實(shí)際路況一致。

碰撞試驗(yàn)用大客車

本次試驗(yàn)采用的驪山牌大客車,其長(zhǎng)、寬、高分別為:9100mm、2490mm、2986mm。其它主要參數(shù)如表1所示。

在表1中需要說明的是: 重心CG-X 表示重心位置距離車輛前軸的距離;CG-Y 表示重心位置偏離中心線的橫向距離(向左取正);CG-Z 表示重心位置離地面高度。

客車護(hù)欄碰撞的主要參數(shù)

因?yàn)榕鲎苍囼?yàn)的目的是為了驗(yàn)證護(hù)欄改造方案是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,所以客車護(hù)欄碰撞的主要參數(shù)均參考標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定。

大客車碰撞結(jié)果

車輛碰撞護(hù)欄后,無穿越、掉頭、騎跨等現(xiàn)象發(fā)生,車輛被安全導(dǎo)出;車輛碰撞護(hù)欄后左前角變形,保險(xiǎn)杠損壞,行駛系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)完好,車架縱梁、前后橋完好,車頂棚、輪胎完好;車輛內(nèi)部座椅、配載等沒有破壞,車門能自由打開。如圖3所示。

碰撞過程車輛行駛行駛軌跡如圖4所示,總體狀況良好,表明護(hù)欄對(duì)車輛進(jìn)行了有效攔截和導(dǎo)向。

客車護(hù)欄碰撞過程中三個(gè)方向的加速度均小于20倍的重力加速度,具體變化曲線如圖5所示:

在碰撞過程中護(hù)欄最大動(dòng)態(tài)變形量為561mm也滿足小于1000mm的標(biāo)準(zhǔn)要求。

具體檢測(cè)指標(biāo)和相關(guān)結(jié)果如表3所示。

結(jié)論

綜上所述,可以得到在碰撞試驗(yàn)過程中,改造后的護(hù)欄滿足160KJ大客車碰撞試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)要求。(作者單位:河北省高速公路沿海管理處)