低等级混凝土护栏对厢式卡车撞击桥墩作用的影响规律
发布时间：2022-01-14 05:12
为研究公路护栏对车辆撞击桥墩作用的影响规律,从而合理评估实际桥墩在车辆撞击下的安全性,采用有限元方法对大型箱式卡车（福特F800）撞击低等级混凝土护栏（新泽西护栏）以及护栏-桥墩系统进行了仿真模拟;重点考察了该卡车与护栏碰撞后的运动形态、护栏防护下的卡车-桥墩碰撞机理及车辆撞击力峰值特征等,并对护栏的防护作用作了进一步讨论。模拟结果表明:在护栏防护下,该箱式卡车对桥墩的撞击作用主要取决于货物撞击,而发动机一般不与桥墩发生碰撞;在某些撞击工况下,设置护栏时车辆对桥墩的撞击力峰值可能超过未设置护栏时的撞击力峰值,甚至达到后者2倍以上;当桥墩与护栏距离较近时（例如小于1.5 m）,该低等级混凝土护栏对桥墩防车辆撞击可能起到负面作用。
【文章来源】：自然灾害学报. 2020,29(05)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
车辆与护栏-桥墩碰撞的有限元模型
1.4 参数分析本文有限元模拟可以分为两个系列,即车辆与护栏的碰撞以及车辆与护栏-桥墩系统的碰撞;前者主要考察车辆速度、质量和撞击角度对车辆运动形态的影响,后者则考察护栏防护下各参数对车辆撞击桥墩作用(例如撞击力峰值)的影响。图2给出了车辆与护栏-桥墩系统碰撞的参数示意图。其中,坐标系原点O为车辆与护栏的初始撞击点;M、V和A分别为车辆质量、初始撞击速度和角度;S为车辆货物重心沿路线的行驶距离;xp表示桥墩形心与车辆初始撞击点沿路线的距离;yp表示桥墩形心与护栏的垂直距离。通过对车辆货物重心的实时坐标(x, y)进行跟踪可以得到车辆运行轨迹。本文分析的主要参数包括:车辆质量、初始撞击角度和速度以及桥墩位置(即横坐标xp和纵坐标yp)。为了方便论述,对本文分析模型进行统一编号。例如A15-V90-M8-XP10-YP1表示质量为8t的F800卡车以90 km/h的速度和15°的角度撞击护栏,且xp和yp分别为10 m和1 m。
福特F800卡车有限元模型已被广泛应用于车辆碰撞的相关研究中,已有多位研究者对其有效性进行了的验证[16,23-24]。尽管如此,本文将利用一次实车碰撞护栏试验结果进一步检验该模型的有效性。该试验来自于文献[26],其中的车辆为1987年福特F800卡车,护栏即为本文分析所采用的新泽西护栏。车辆质量、撞击速度和角度分别为10 t、90.9 km/h和16.2°。图3为车辆与护栏碰撞的运动形态对比图。由图可知,模拟得到的车辆整体运动形态与试验结果吻合良好。图4为车辆碰撞护栏后的欧拉角位移时程曲线,其中:翻滚角φ为车辆围绕纵轴旋转的角度;俯仰角θ为车辆围绕横轴旋转的角度;偏航角ψ为车辆围绕竖轴旋转的角度。由图4可知,车辆翻滚角模拟结果较好,而俯仰角和偏航角的模拟虽存在一定误差,但整体趋势相同;三者模拟结果与试验结果的最大误差分别为7.2°、16.9°和16.0°。实际上,实际车辆和有限元模型在车厢底板高度、货物与车厢的连接方式和货物的重心位置等方面仍存在一定差异。考虑到车辆碰撞问题的复杂性,上述模拟结果已经说明本文有限元模型可以较好地模拟车辆对新泽西护栏的撞击过程,即本文有限元模型是有效的。图4 车辆角位移时程曲线对比图
【参考文献】：
期刊论文
[1]桥墩防车辆撞击研究综述[J]. 陈林,肖岩. 公路交通科技. 2012(08)
[2]牛湾大桥船舶撞击结构安全性评估[J]. 刘毓湘,王波,高敬红. 自然灾害学报. 2009(03)
[3]船舶与桥墩防撞系统碰撞的数值仿真分析[J]. 李升玉,王曙光,刘伟庆,徐秀丽,方海. 自然灾害学报. 2006(05)
[4]汽车碰撞砼护拦过程的数值模拟[J]. 郭军,丁桦,程耿东. 计算力学学报. 1997(04)
[5]高速公路汽车与护栏碰撞的简化计算方法──柔性梁法[J]. 刘少源. 公路交通科技. 1995(02)
[6]汽车冲撞钢筋混凝土护栏系统的力学模型及仿真计算[J]. 赵鸣,张誉. 土木工程学报. 1994(06)
[7]波纹梁护栏碰撞模型与仿真的研究[J]. 储劲草. 公路交通科技. 1988(04)
本文编号：3587877
【文章来源】：自然灾害学报. 2020,29(05)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
车辆与护栏-桥墩碰撞的有限元模型
1.4 参数分析本文有限元模拟可以分为两个系列,即车辆与护栏的碰撞以及车辆与护栏-桥墩系统的碰撞;前者主要考察车辆速度、质量和撞击角度对车辆运动形态的影响,后者则考察护栏防护下各参数对车辆撞击桥墩作用(例如撞击力峰值)的影响。图2给出了车辆与护栏-桥墩系统碰撞的参数示意图。其中,坐标系原点O为车辆与护栏的初始撞击点;M、V和A分别为车辆质量、初始撞击速度和角度;S为车辆货物重心沿路线的行驶距离;xp表示桥墩形心与车辆初始撞击点沿路线的距离;yp表示桥墩形心与护栏的垂直距离。通过对车辆货物重心的实时坐标(x, y)进行跟踪可以得到车辆运行轨迹。本文分析的主要参数包括:车辆质量、初始撞击角度和速度以及桥墩位置(即横坐标xp和纵坐标yp)。为了方便论述,对本文分析模型进行统一编号。例如A15-V90-M8-XP10-YP1表示质量为8t的F800卡车以90 km/h的速度和15°的角度撞击护栏,且xp和yp分别为10 m和1 m。
福特F800卡车有限元模型已被广泛应用于车辆碰撞的相关研究中,已有多位研究者对其有效性进行了的验证[16,23-24]。尽管如此,本文将利用一次实车碰撞护栏试验结果进一步检验该模型的有效性。该试验来自于文献[26],其中的车辆为1987年福特F800卡车,护栏即为本文分析所采用的新泽西护栏。车辆质量、撞击速度和角度分别为10 t、90.9 km/h和16.2°。图3为车辆与护栏碰撞的运动形态对比图。由图可知,模拟得到的车辆整体运动形态与试验结果吻合良好。图4为车辆碰撞护栏后的欧拉角位移时程曲线,其中:翻滚角φ为车辆围绕纵轴旋转的角度;俯仰角θ为车辆围绕横轴旋转的角度;偏航角ψ为车辆围绕竖轴旋转的角度。由图4可知,车辆翻滚角模拟结果较好,而俯仰角和偏航角的模拟虽存在一定误差,但整体趋势相同;三者模拟结果与试验结果的最大误差分别为7.2°、16.9°和16.0°。实际上,实际车辆和有限元模型在车厢底板高度、货物与车厢的连接方式和货物的重心位置等方面仍存在一定差异。考虑到车辆碰撞问题的复杂性,上述模拟结果已经说明本文有限元模型可以较好地模拟车辆对新泽西护栏的撞击过程,即本文有限元模型是有效的。图4 车辆角位移时程曲线对比图
【参考文献】：
期刊论文
[1]桥墩防车辆撞击研究综述[J]. 陈林,肖岩. 公路交通科技. 2012(08)
[2]牛湾大桥船舶撞击结构安全性评估[J]. 刘毓湘,王波,高敬红. 自然灾害学报. 2009(03)
[3]船舶与桥墩防撞系统碰撞的数值仿真分析[J]. 李升玉,王曙光,刘伟庆,徐秀丽,方海. 自然灾害学报. 2006(05)
[4]汽车碰撞砼护拦过程的数值模拟[J]. 郭军,丁桦,程耿东. 计算力学学报. 1997(04)
[5]高速公路汽车与护栏碰撞的简化计算方法──柔性梁法[J]. 刘少源. 公路交通科技. 1995(02)
[6]汽车冲撞钢筋混凝土护栏系统的力学模型及仿真计算[J]. 赵鸣,张誉. 土木工程学报. 1994(06)
[7]波纹梁护栏碰撞模型与仿真的研究[J]. 储劲草. 公路交通科技. 1988(04)
本文编号：3587877
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