护栏新技术研究

论文摘要

护栏作为高速公路的安全设施,在交通事故不可避免要发生的情况下,起到使事故的严重程度降到最低状态的重要作用。鉴于护栏对交通安全及避免国民经济损失和人员伤亡的重大价值,国内专家很早就开始了对护栏的研究。在国内众多学者的不懈努力下,现在大多数高速公路已根据路形和路况,装上了适合的各种结构形式的护栏。但是现有研发的护栏都是基于直线形道路基础上的,对于弯道护栏的研究和设计存在很多缺失,直接将直道护栏用于弯曲高速公路上,显然是缺乏实验过程和技术数据的,而且现有的规范并未对这一事实问题—弯道高速公路经常出现的车辆冲出护栏外而造成车毁人亡的严重事故—做有关解释和说明。本文针对这一技术缺空,在阅读大量资料和文献的基础上,选用NJ型混凝土连续型护栏作为研究基础,主要从护栏截面形式出发研究适合弯道护栏的截面形式。围绕这一技术问题,本文所做的工作如下:1)分析和总结了我国交通安全和护栏研究的现状及存在的问题,详细论述了弯道护栏研究的必要性,阐述了弯道护栏技术研究的基本理论,最终确定弯道护栏类型,并确定了碰撞条件与评价标准。2)围绕仿真模型建立及验证这一问题,从模型精度和结果精度两方面出发,解决了有限元仿真模拟时数据处理问题和护栏—客车—弯道有限元模型建立整个过程中的前处理问题。前处理问题包括:对车—护栏—路整体模型进行分析,确定最后的碰撞系统有限元模型;网格划分、单元定义并确定合适的材料参数模型;研究穿透发生的原因,解决了模拟结果不真实的问题;调整时间步长对质量进行缩放,缩短模拟时间,提高了效率;对求解的稳定进行研究,保证计算的顺利完成。3)调试模型并将最终的直道模拟结果和实车试验结果对比验证模型的准确性,从而为后面弯道的研究奠定了模型基础。这一问题的解决为后继研究者更深入地从有限元方面入手研究弯道护栏奠定了基础。4)通过三个特征半径下弯道碰撞仿真模拟的结果和直道模拟的结果对比证明:直接将直道护栏用于弯道是不合适,弯道碰撞车辆容易冲出护栏平面外。同时通过分析比较找出导致这种结果的原因:车辆重心抬高过大。这一论断的给出给弯道护栏的研究开辟了一个新天地,证明了弯道护栏技术研究的必要性。5)选取事故率发生比较高的半径为400米的弯道碰撞为研究对象,将正交设计的理论运用到护栏截面形式的优化中,通过SPSS统计软件对25组仿真试验分析并找出了各因素对结果的影响程度,最后确定了适合弯道碰撞的护栏的最佳截面形式。6)按照原有规范建立护栏基础模型并仿真模拟,通过结果分析证实了护栏稳定性,解决了护栏基础设计问题,同时也验证了前面章节仿真模拟对护栏底部节点固定的处理方式是合理的。另外,通过碰撞过程中力、应力的分析,提出护栏配筋方案,解决了护栏强度问题。围绕研究过程,本文的创新点有两点:1)新型护栏研究领域从直道转向弯道,填补了国内弯道护栏研究的缺失和不足。2)将正交设计的理论运用到护栏截面形式的优化中,正交试验方法为混凝土截面形式的优化指出了一条新的道路,具有重要的工程实用意义和价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 工程背景
• 1.1.1 我国所处的交通安全现状及存在的问题
• 1.1.2 我国现有护栏研究范围及存在的问题
• 1.1.3 弯道护栏研究的必要性
• 1.2 弯道护栏技术研究的基本理论
• 1.2.1 确定碰撞条件与评价标准
• 1.2.2 确定护栏类型
• 1.2.3 结构和参数的设计
• 1.3 本文研究的主要内容和思路实现
• 1.3.1 本文研究的主要内容
• 1.3.2 研究的思路实现
• 1.4 本文研究的技术路线和试验方案
• 1.4.1 本文研究的技术路线
• 1.4.2 本文研究的试验方案
• 1.5 各章节完成的具体工作
• 1.6 本章小节
• 第二章 动态显示有限元分析中的数据处理
• 2.1 概述
• 2.2 波形抽样
• 2.3 抽样定理
• 2.3.1 傅立叶变换分析
• 2.3.2 褶积定理
• 2.3.3 抽样定理
• 2.4 仿真模拟中的数据处理
• 2.5 本章小节
• 第三章 汽车—护栏仿真模拟中的有限元模型和理论分析
• 3.1 概述
• 3.2 有限元法及分析软件 LS-DYNA
• 3.2.1 汽车碰撞护栏研究方法
• 3.2.2 LS-DYNA有限元分析软件
• 3.3 车—护栏碰撞系统的有限元模型
• 3.3.1 车—护栏—路整体模型分析
• 3.3.2 网格划分及单元定义
• 3.3.3 材料参数
• 3.4 LS-DYNA 车—护栏碰撞仿真常出现的问题及解决措施
• 3.4.1 时间步长与质量缩放
• 3.4.2 接触与穿透
• 3.4.3 求解与稳定
• 3.5 有限元模型验证
• 3.5.1 实车试验结果分析
• 3.5.2 仿真模拟结果分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 大型客车与弯道护栏的碰撞仿真模拟
• 4.1 概述
• 4.2 客车与半径为250 米弯道护栏碰撞仿真模拟
• 4.3 客车与半径为400 米弯道护栏碰撞仿真模拟
• 4.4 客车与半径为1000 米弯道护栏碰撞仿真模拟
• 4.5 弯道护栏仿真的比较分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 弯道护栏截面的正交优化设计
• 5.1 概述
• 5.2 正交试验设计及结果分析
• 5.3 弯道护栏截面形式的正交试验优化
• 5.3.1 因素和水平
• 5.3.2 试验结果及分析
• 5.3.3 最优参考值的仿真分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 弯道护栏的配筋和基础设计
• 6.1 概述
• 6.2 弯道护栏基础有限元模型
• 6.3 仿真结果分析
• 6.3.1 基础设计
• 6.3.2 配筋方案
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读学位期间发表的论文目录）
• 附录B UG 软件建立护栏—客车—道路仿真模型
• 附录C VPG 前处理步骤及 L25（56）正交设计表