基于有限元分析方法的山區(qū)高速公路路側(cè)護欄設(shè)計.pdf

1、山區(qū)高速公路地形復(fù)雜,長大下坡路段、小半徑曲線路段、視距不良路段較多。因此車輛在山區(qū)高速公路上行駛時,駕駛員操作困難,路側(cè)事故常有發(fā)生,從而導(dǎo)致車輛與護欄發(fā)生碰撞。由于山區(qū)高速公路所處地形復(fù)雜,路側(cè)環(huán)境較差,行駛中的車輛一旦沖出路面,往往導(dǎo)致車毀人亡的嚴重后果。現(xiàn)狀山區(qū)高速公路路側(cè)護欄存在一定的缺陷,車輛沖出路面現(xiàn)象時有發(fā)生,所以對現(xiàn)狀山區(qū)高速公路路側(cè)護欄進行較大力撞擊分析,從而對現(xiàn)狀護欄進行改善設(shè)計以保障山區(qū)高速公路行車安全。

2、　　本文的主要內(nèi)容為:1)依據(jù)有限元分析方法基礎(chǔ)理論運用有限元分析軟件ANSYS對一矩形物體進行了受力分析依據(jù)有限元分析方法基礎(chǔ)理論,包括彈性力學(xué)中常用的胡克定律,以及彈性力學(xué)中求解物體應(yīng)力、應(yīng)變和位移需要的平衡方程、幾何方程和物理方程及邊界條件。并引出彈性力學(xué)求解復(fù)雜物體應(yīng)力、應(yīng)變和位移的困難及有限元分析方法的可行性。借助有限元分析軟件 ANSYS對一矩形物體進行了受力分析。2)分析了常用護欄的種類、特性及規(guī)范對護欄的要求,并建立三維

3、山區(qū)高速公路路側(cè)護欄有限元模型常用護欄類型有三種為柔性護欄、剛性護欄和半剛性護欄。柔性護欄的主要表現(xiàn)形式為繩索護欄,其設(shè)置與環(huán)境協(xié)調(diào)但防御能力有限;剛性護欄主要表現(xiàn)形式為水泥混凝土護欄,其強度較大,能夠有效防御車輛沖出路面,然而車輛與其發(fā)生碰撞時往往導(dǎo)致車輛嚴重破壞,甚至導(dǎo)致駕乘人員傷亡;半剛性護欄介于柔性護欄與剛性護欄之間比較常用,是本文的重點研究對象。本文依據(jù)規(guī)范中對不同碰撞等級護欄的要求,并結(jié)合山區(qū)高速公路井睦高速路側(cè)主要波形梁護

4、欄Gr-SB-2E建立了三維有限元模型,并對模型進行了網(wǎng)格劃分。3)分析了山區(qū)高速公路道路坡度、坡長對車輛與路側(cè)護欄碰撞速度的影響、平曲線半徑對碰撞角度的影響、車輛故障對碰撞角度的影響、車輛質(zhì)量尺寸對碰撞力的影響,并把不同情況轉(zhuǎn)化成碰撞力施加到已建立的有限元模型上結(jié)合山區(qū)高速公路的設(shè)計要求,分析計算了道路不同坡度、不同坡長、不同滾動摩擦系數(shù)對失控不同初始速度車輛的速度影響情況;分析了山區(qū)高速公路平曲線半徑大小對車輛與路側(cè)護欄碰撞角度的影

5、響,知理論上車輛可能與護欄以0~90度之間的任一角度發(fā)生碰撞;分析了車輛爆胎事件發(fā)生后,車輛輪胎尺寸以及車輛與路側(cè)護欄之間距離對碰撞角度的影響,可知車輛爆胎后可能與護欄以0~90度之間的任一角度發(fā)生碰撞。并把不同車輛尺寸、車輛質(zhì)量及碰撞速度、碰撞角度轉(zhuǎn)化成碰撞力,并把碰撞力施加到已經(jīng)建立的護欄三維有限元模型上。4)現(xiàn)狀山區(qū)高速公路路側(cè)護欄受較大力(大型車、大角度、高速碰撞)撞擊時位移應(yīng)力分析及改善設(shè)計現(xiàn)狀山區(qū)高速公路路側(cè)護欄有限元模型施

6、加載荷后,進行求解計算,并顯示護欄位移及應(yīng)力圖,可知護欄在較大力(大型車、大角度、高速碰撞)撞擊時發(fā)生較大位移并且內(nèi)部應(yīng)力較大,護欄有發(fā)生斷裂的可能性。
　　最后,本文提出相應(yīng)的改善設(shè)計:A○1E A護欄立柱間距由原來的2米變?yōu)?米,A○2E A護欄波形梁由原來的三波變?yōu)樗牟?。并且對改善后的護欄進行再次建立有限元模型、網(wǎng)格劃分、施加載荷、求解計算等過程,并對比了改善后護欄的位移計內(nèi)部應(yīng)力情況,可知其位移和應(yīng)力都有了明顯的較小,驗證