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高速公路波形护栏板技术分析


波形护栏板是一种公路中央分隔带开口处用组合型波形板活动式钢护栏，该护栏由两片波形钢护栏板及两者之间固定夹放的两根立柱构成，两根立柱固定夹装在两片波 形钢护栏板之间。在公路正常营运时，该护栏利用插拔立柱可方便地插入开口处预先设置的插拔孔内，起到隔离和防护作用，同时与公路外边上的护栏带相呼应，整 齐划一，美观配套。车辆对其碰撞时，由于波形钢护栏板有良好的耐撞性能和吸收能量的作用，既不容易被撞毁，同时又可对车辆和司乘人员起到很好的保护作用。



　　 波形梁护栏模型在ANSYS/LS DYNA默认的整体直角坐标系中完成，包括波形梁护栏板、防阻块、立柱以及地面模型.模型总共有35484个单元，40545个节点。由4段波形梁，5个防阻块、5个圆柱形立柱和地面组成，相邻两段立柱的中心距4000mm。

1)波形梁护栏板模型波形梁护栏板是整个护拦体系重要的组成部分，它是与失控车辆先接触的构件，波形梁护栏板通过防阻块把碰撞力分散传递给多根立柱， 通过立柱把力传给地荃(39J.护拦与失控车辆的作用随着时间的推移，不断改变着作用位置，在碰撞车辆冲击作用下，波纹被展开，吸收能。目前世界上主要 有两种护栏结构:日式护栏和美式护栏。美式护栏与日式护栏相比较，具有结构简单、刚度适中、节省材料等特点。我国根据美式护栏结构机理制定了自己的设计标 准。本文根据这个标准建立了波形护栏板的有限元模型。波形护栏板的截面形状如图3.3所示t40l，表3.4中是对应的几何尺寸。在具体建模中，为了尽量 准确模拟波形梁护栏板的弧形边界，将截面划分为20份:在长度方向上，为了正确反映碰撞的动力特征，在横梁受到冲撞的部分，按25mm单元尺寸均匀划 分(41]，然后沿冲撞区域两侧慢慢增大单元尺寸，逐渐过渡70mm.

2)防阻块模型防阻块是护栏重要的传力构件之一，其作用是将波形梁护栏板受到的撞击力均匀地传递给立柱。防阻块本身也是一个吸能机构，可以使护栏在受到 碰撞后逐渐变形，使能量吸收时间增长，减少乘员伤亡，它的主要作用是降低事故的严重度。若忽略防阻块而直接将护栏板与立柱相连的话，将难以准确反映波形梁 护栏(尤其是立柱)的受力特征。防阻块可以用各种形状的型钢来制造。在我国的行业规范中推荐使用A型、B型两种。A型适用于圆柱形立柱，是一种六角形的结 构。B型是参照法国标准设计的，适用于槽形立柱或其他型钢立柱。本文采用A型防阻块。

考虑防阻块虽然会使建模难度和计算工作量大大增加，但能够让计算结果更为合乎实际。在具体建模过程中，防阻块以壳单元模拟，在立柱上部均匀布置，位置与波 形梁护栏板一致。防阻块采用映射网格划分，考虑与护栏板的连接需要，在高度方向上均匀划分8个单元，长度方向上则是两端疏中间密，在与波形梁护栏板连接的 部分，按20mm单元尺寸均匀划分，然后沿两侧慢慢增大单元尺寸，逐渐过渡30mm，同时中间部分的划分要考虑到与立柱的连接需要。

3)立柱模型立柱为波形梁护栏的主要受力构件，采用薄壁圆管结构有利于提高护栏整体强度和韧性、有利于吸收和消耗碰撞能量并减轻冲撞损伤。在具体建模中， 由于钢管的壁厚相对于钢管直径要小得多，所以在LS-DYNA中使用壳单元来建模[44).根据我国现行的《高速公路交通安全设施设计及施工技术规 范.JTJ074-94)，立柱的总高是1850mm，其中1100mm是埋在地底下的。类圆柱立柱模型是以外径为114mm，厚度为4.5mm的圆 柱型钢管为原型建立的t3。几何尺寸如图3.7所示.立柱间距为4m，采用映射网格划分。由于在碰撞过程中，立柱地面以上部分和地面以下部分受冲击的程度 不同，网格划分上，地面以上立柱的网格的密度要比地面以下立柱大一倍左右，单元尺寸从50mm到100mm之间过渡，同时兼顾与防阻块和地面连接的需要.

4)地面模型由于本文的分析不在于地面的受力及变形，为了降低建模的难度，避免加入小轿车模型后产生大小不等的初始渗透，对其用实体单元模拟。网格划 分采用扫惊网格划分和映射网格划分相结合的方法进行，尽量避免用自由网格。考虑与立柱的连接需要，在高度方向上按两端密中间疏划分6个单元:在护栏纵向需 考虑车辆行驶的路线，按两端疏中间密进行划分，单元尺寸从护栏第二、三跨160mm逐渐过渡到两端400mm;在与护栏纵向垂直的方向，考虑车辆撞击力的 影响，同样按两端疏中间密划分，靠近立柱的地方按150mm划分，然后沿两侧慢慢增大单元尺寸，逐渐过渡600mm。




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