近几年国内很多高速公路在改造维护过程中对路面都进行了重新罩面,导致护栏板距地面高度降低,无法满足国家标准的要求。为方便旧护栏的再利用,提高经济性,采用计算机仿真技术进行方案初选后,由实车碰撞试验确定满足相关规范要求的护栏改造方案是评价护栏改造方案最直接、最有效的方法。通过此方法确定了一种施工简便且造价较低的护栏改造方案,该方案不仅简便,而且降低了护栏改造费用,减少了对运营的影响,适合应用于目前状况下我国高速公路护栏改造及再利用。
随着我国经济的快速增长和公路运输事业的蓬勃发展,交通量迅速增长,特别是大型重载车辆的迅猛增长导致许多高速公路进入中修或大修阶段,由于重新罩面后,使得路面抬高,护栏高度降低,不能满足目前我国规范要求;如果重新布置护栏,则原有护栏需要拆掉,立柱要拔出也比较困难,且存在对运营影响大,对路基损坏较大,施工量和施工难度大,花费也高;如果能在原有护栏上做一些改造和处理,充分利用原有材料,使其满足目前规范要求,则不但可以减少很多工作量,还可以节省大量的费用,且对道路运营情况影响较小。所以,对护栏的改造研究就成了一个亟待解决的课题。但是,护栏改造方案需要满足评价标准的要求,而这就需要进行实车碰撞实验。
护栏改造方案的确定
目前,对护栏改造研究的主要方法实车碰撞试验和有限元仿真分析。实车碰撞试验是综合评价汽车碰撞安全性能最直接、最有效的方法。但此类试验需要大型的实验场地以及成套的实验装置和数据采集系统,要花费大量的人力、物力,实验成本较高。并且为了优选满足标准要求的护栏方案需要进行多次实车碰撞试验,研究往往要受到经济条件的限制。所以一般在实车碰撞之前先进行有限元仿真,参考多次仿真的结果,确定最终的护栏改造方案,进行实车碰撞试验,以降低研究成本。本项目护栏改造方案的确定亦遵循这样的步骤和原则。
汽车护栏碰撞是一个瞬态的大位移和大变形过程,涉及几何、材料、接触状态等多重非线性,并且碰撞过程涉及的参数较多,所以汽车护栏碰撞仿真一般都采用先进的非线性动力学分析软件,如Ls-dyna、pam-crash等。在本项目研究中,我们利用Ls-dyna软件进行各种不同护栏方案的碰撞模拟。
经过多次碰撞仿真计算,确定了最终的护栏改造方案,如下图所示:
护栏改造的实车碰撞试验
模拟仿真虽然也具有较高可靠性,但是毕竟还存在一定的误差,为了确保护栏改造方案满足标准要求,必须进行实车碰撞试验。实车碰撞试验有严格的实验要求以及成套的实验装置和数据采集系统,为了保证实验的可靠性,实车碰撞选在具有检测资质的北京昌平深华达试验场完成,被试验护栏按照《高速公路护栏安全性能评价标准》(JTG/T F83-01-2004)的要求进行安装,护栏立柱的安装位置、埋置深度等严格按沿海高速公路的现场情况设置,保证与实际路况一致。
碰撞试验用大客车
本次试验采用的骊山牌大客车,其长、宽、高分别为:9100mm、2490mm、2986mm。其它主要参数如表1所示。
在表1中需要说明的是: 重心CG-X 表示重心位置距离车辆前轴的距离;CG-Y 表示重心位置偏离中心线的横向距离(向左取正);CG-Z 表示重心位置离地面高度。
客车护栏碰撞的主要参数
因为碰撞试验的目的是为了验证护栏改造方案是否满足标准要求,所以客车护栏碰撞的主要参数均参考标准设定。
大客车碰撞结果
车辆碰撞护栏后,无穿越、掉头、骑跨等现象发生,车辆被安全导出;车辆碰撞护栏后左前角变形,保险杠损坏,行驶系统、制动系统、转向系统完好,车架纵梁、前后桥完好,车顶棚、轮胎完好;车辆内部座椅、配载等没有破坏,车门能自由打开。如图3所示。
碰撞过程车辆行驶行驶轨迹如图4所示,总体状况良好,表明护栏对车辆进行了有效拦截和导向。
客车护栏碰撞过程中三个方向的加速度均小于20倍的重力加速度,具体变化曲线如图5所示:
在碰撞过程中护栏最大动态变形量为561mm也满足小于1000mm的标准要求。
具体检测指标和相关结果如表3所示。
结论
综上所述,可以得到在碰撞试验过程中,改造后的护栏满足160KJ大客车碰撞试验的标准要求。(作者单位:河北省高速公路沿海管理处)
