基于有限元分析方法的山區(qū)高速公路路側(cè)護(hù)欄設(shè)計(jì).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(shí),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(hù)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(yán)重后果。現(xiàn)狀山區(qū)高速公路路側(cè)護(hù)欄存在一定的缺陷,車輛沖出路面現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,所以對(duì)現(xiàn)狀山區(qū)高速公路路側(cè)護(hù)欄進(jìn)行較大力撞擊分析,從而對(duì)現(xiàn)狀護(hù)欄進(jìn)行改善設(shè)計(jì)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(yùn)用有限元分析軟件ANSYS對(duì)一矩形物體進(jìn)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(duì)一矩形物體進(jìn)行了受力分析。2)分析了常用護(hù)欄的種類、特性及規(guī)范對(duì)護(hù)欄的要求,并建立三維

3、山區(qū)高速公路路側(cè)護(hù)欄有限元模型常用護(hù)欄類型有三種為柔性護(hù)欄、剛性護(hù)欄和半剛性護(hù)欄。柔性護(hù)欄的主要表現(xiàn)形式為繩索護(hù)欄,其設(shè)置與環(huán)境協(xié)調(diào)但防御能力有限;剛性護(hù)欄主要表現(xiàn)形式為水泥混凝土護(hù)欄,其強(qiáng)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(shí)往往導(dǎo)致車輛嚴(yán)重破壞,甚至導(dǎo)致駕乘人員傷亡;半剛性護(hù)欄介于柔性護(hù)欄與剛性護(hù)欄之間比較常用,是本文的重點(diǎn)研究對(duì)象。本文依據(jù)規(guī)范中對(duì)不同碰撞等級(jí)護(hù)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(hù)

4、欄Gr-SB-2E建立了三維有限元模型,并對(duì)模型進(jìn)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(duì)車輛與路側(cè)護(hù)欄碰撞速度的影響、平曲線半徑對(duì)碰撞角度的影響、車輛故障對(duì)碰撞角度的影響、車輛質(zhì)量尺寸對(duì)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(jì)要求,分析計(jì)算了道路不同坡度、不同坡長、不同滾動(dòng)摩擦系數(shù)對(duì)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(duì)車輛與路側(cè)護(hù)欄碰撞角度的影

5、響,知理論上車輛可能與護(hù)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(hù)欄之間距離對(duì)碰撞角度的影響,可知車輛爆胎后可能與護(hù)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(hù)欄三維有限元模型上。4)現(xiàn)狀山區(qū)高速公路路側(cè)護(hù)欄受較大力(大型車、大角度、高速碰撞)撞擊時(shí)位移應(yīng)力分析及改善設(shè)計(jì)現(xiàn)狀山區(qū)高速公路路側(cè)護(hù)欄有限元模型施

6、加載荷后,進(jìn)行求解計(jì)算,并顯示護(hù)欄位移及應(yīng)力圖,可知護(hù)欄在較大力(大型車、大角度、高速碰撞)撞擊時(shí)發(fā)生較大位移并且內(nèi)部應(yīng)力較大,護(hù)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(jì):A○1E A護(hù)欄立柱間距由原來的2米變?yōu)?米,A○2E A護(hù)欄波形梁由原來的三波變?yōu)樗牟ā２⑶覍?duì)改善后的護(hù)欄進(jìn)行再次建立有限元模型、網(wǎng)格劃分、施加載荷、求解計(jì)算等過程,并對(duì)比了改善后護(hù)欄的位移計(jì)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(yàn)證