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我國的護欄設計條件及波形梁護欄結構機理

時間:2019-06-15 作者:鴻耀機械設備
高等級公路上的交通事故約30%與車輛越出路外有關,約1000是標志柱等道路設施)相撞造成的。因車輛與路側危險物(包括橋梁墩臺、欄桿、樹桿和燈桿、而許多均要求路側設施應設置在道路側向凈空以外,盡可能遠離路邊,路基邊坡宜平緩。
高等級公路上的交通事故約30%與車輛越出路外有關,約1000是標志柱等道路設施)相撞造成的。因車輛與路側危險物(包括橋梁墩臺、欄桿、樹桿和燈桿、而許多均要求路側設施應設置在道路側向凈空以外,盡可能遠離路邊,路基邊坡宜平緩。然而這些要求很難滿足。因此,高等級公路交通的基本方法是采取的防護措施,設置護欄是較的措施。
護欄按吸能方式的不同,可分為柔性護欄、半剛性護欄和剛性護欄三大類,纜索護欄、波形梁護欄和混凝土護欄是此三類的典型形式。目前世界上使用較廣泛的為波形梁護欄,因為它具有良好的適用性、美觀性、誘導性和維修性等特點,能很好地滿足護欄的功能要求。護欄應具有的功能使其成為一個矛盾的集合體。一方面在遭受碰撞后乘員的傷害要盡可能減輕,即要求具有良好的韌性,剛度不宜太大;另一方面要求其具有足夠的力學強度和剛度,來抵抗車輛的沖撞,防止失控車輛越出護欄發生事故,并保護路側設施不受破壞。當前在道路上行駛車輛的車型種類繁多,車重、行駛速度和碰撞角都變化較大,貨車的外型尺寸越來越大,小汽車越來越微型化,這不僅加劇了對護欄功能要求的矛盾,也增加了確定護欄結構形式的難度。這是世界各國研究人員至今仍在不斷探索護欄的原因之一。
西方發達對護欄的系統研究和大規模應用始于50年代。幾十年來,各國都在努力探求適合本國國情的護欄設計標準。粗略看,似乎各個的護欄設計條件、設置原則、護欄形式和構造都比較相似,但實際上各國都根據自身的道路交通條件和國民經濟發展水平,其標準內容有不同的側,護欄結構機理也有較大的區別。本文著重論證我國公路護欄的設計條件、波形梁護欄結構機理和結構形式。
我國的護欄設計條件
要確定護欄的結構形式,首先就要探求適合于我國國情的護欄設計條件。護欄的設計條件決定了車輛與護欄碰撞時產生的沖撞力大小及車輛與護欄相互作用的特性。車輛質量(標準車型)、碰撞速度和碰撞角是設計條件的三大要素。
護欄試驗研究采用的車輛總質量(標準車型)與一個汽車的保有量及其車輛構成有關。我國汽車工業與發達相比,正處于發展階段,車輛性能比較差,汽車保有量低。
纜索護欄和混凝土護欄的結構機理世界各國的認識比較統一,因而相應的結構形式也較一致。而波形梁護欄卻因機理的不同,各國的結構形式也各異,其中主要有以美國為代表的歐美式和以日本為代表的日式兩種護欄結構機理。
車輛與護欄碰撞的瞬間車輛作用力可分 解為橫向力和縱向力。橫向力垂直于護欄縱平面,由護欄反作用力平衡,在車輛運動方向因護欄變形波的擴散則對車輛產生運動阻力??v向力順護欄縱平面作用,并取決于車輛與護欄間的摩擦力的大小。在此兩方向的阻力作用下,車輛運動速度減慢,并以某一角速度轉向。角速度的大小與相對于車輛質心的上述力的力矩差成正比,與車輛的慣性矩成反比。如橫向力引起的力矩大于縱向力產生的力矩,車輛將側靠護欄,產生車輛運動軌跡的校正;反之產生車輛橫向打轉或翻滾等不良后果。良好的護欄結構應具有較好的消減碰撞能量的功能,并能校正車輛的運動軌跡.以保護失控車輛和乘員的,減輕事故的嚴重程度。
在車輛與護欄的碰撞過程中,波形梁護欄的橫梁、立柱和地基土等作為一個整體,共同抵抗車輛的沖撞力,并通過橫梁、立柱和地基土的變形來吸收絕大部分的碰撞能量。其中橫梁是護欄結構較重要的組成部分,它除了應具有較高的強度以抵抗車輛的沖撞外,還應以合理的斷面形狀吸收碰撞能量和改變碰撞車輛的運動方向。波形斷面橫梁具備良好的上述特性,碰撞時通過波紋的逐步展開而吸收能量。橫梁的波紋越深,斷面的塑性變形就越大,吸收的能量也就越多,越有利于車輛運動軌跡的校正。
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