安全护栏抗冲击能力分析

特种安全护栏是保障道路交通安全的重要设施,也是保卫重要场所安全的第一道屏障。提高护栏的抗冲击能力能够有效减少交通事故中的财产损失,保护交通参与者的人身安全;同时也能够更好的应对突发事件,将不安全因素阻隔在被保护目标之外。

(1)对护栏的抗冲击性能进行了理论分析。利用无回弹型车辆与护栏碰撞简化力学模型,推导出了最大横向撞击力计算公式,并按照设计的安全防护等级,对护栏结构的连接强度进行了校核。参照公路交通安全设施设计规范,计算了护栏的加权平均高度,分析了其抗大型车辆倾覆的能力。计算结果表明,护栏框架与半月柱之间采用5.8级及以上等级的M16螺栓连接能够满足A级防护的抗冲击性能要求,且具有较高的安全系数;护栏框架的焊接强度在理想状态下刚好满足A级防护的抗冲击性能要求,但安全系数仅为1.17;护栏的加权平均高度为1.88 m,满足A级抗大型车辆倾覆的防护等级要求。

(2)对护栏的抗冲击性能进行了仿真分析。构建了“车辆—护栏”碰撞仿真模型,参照城市道路交通设施设计规范中规定的碰撞条件和实际应用中拟面对的正面撞击极限工况进行了模拟仿真。仿真结果表明,在标准工况下,车辆与该新型特种安全护栏的碰撞过程中出现了“绊阻现象”;在正面撞击极限工况下,该型护栏对车辆起到了有效的拦阻作用,但护栏框架被突破,出现了车辆穿越护栏的现象,因此该型护栏的抗冲击性能仍有较大的提高空间。

(3)对护栏进行了水平静力加载试验。试验由梁式和板式载荷分配器模拟小型车辆和大型车辆与护栏碰撞的接触面,并通过螺旋千斤顶对护栏施加载荷力,观测护栏的结构变形情况。试验结果表明,护栏框架上下梁与框架边柱焊接连接处为护栏结构的薄弱环节。若采取提高护栏框架连接强度的改进措施,则会使护栏结构充分利用其自身塑性变形吸收更多的碰撞冲击能量,提高护栏的抗冲击性能。

(4)提出了护栏结构优化设计方案。以提高护栏框架焊接强度,避免或延缓护栏框架焊接处失效现象的发生为优化目标,对护栏进行了增设加固角码和提高底座凸台高度的结构优化改进,并对结构优化后的护栏进行了抗冲击性能仿真分析。结果表明,结构优化后的护栏对冲击能量的吸收提升了20.5%,且具备较好的多道布置拦停车辆的能力。