為研究公路護欄對車輛撞擊橋墩作用的影響規(guī)律,從而合理評估實際橋墩在車輛撞擊下的安全性,采用有限元方法對大型箱式卡車（福特F800）撞擊低等級混凝土護欄（新澤西護欄）以及護欄-橋墩系統(tǒng)進行了仿真模擬;重點考察了該卡車與護欄碰撞后的運動形態(tài)、護欄防護下的卡車-橋墩碰撞機理及車輛撞擊力峰值特征等,并對護欄的防護作用作了進一步討論。模擬結果表明:在護欄防護下,該箱式卡車對橋墩的撞擊作用主要取決于貨物撞擊,而發(fā)動機一般不與橋墩發(fā)生碰撞;在某些撞擊工況下,設置護欄時車輛對橋墩的撞擊力峰值可能超過未設置護欄時的撞擊力峰值,甚至達到后者2倍以上;當橋墩與護欄距離較近時（例如小于1.5 m）,該低等級混凝土護欄對橋墩防車輛撞擊可能起到負面作用。 

【文章來源】：自然災害學報. 2020,29(05)北大核心CSCD

【文章頁數】：9 頁

【部分圖文】：

車輛與護欄-橋墩碰撞的有限元模型

1.4 參數分析本文有限元模擬可以分為兩個系列,即車輛與護欄的碰撞以及車輛與護欄-橋墩系統(tǒng)的碰撞;前者主要考察車輛速度、質量和撞擊角度對車輛運動形態(tài)的影響,后者則考察護欄防護下各參數對車輛撞擊橋墩作用(例如撞擊力峰值)的影響。圖2給出了車輛與護欄-橋墩系統(tǒng)碰撞的參數示意圖。其中,坐標系原點O為車輛與護欄的初始撞擊點;M、V和A分別為車輛質量、初始撞擊速度和角度;S為車輛貨物重心沿路線的行駛距離;xp表示橋墩形心與車輛初始撞擊點沿路線的距離;yp表示橋墩形心與護欄的垂直距離。通過對車輛貨物重心的實時坐標(x, y)進行跟蹤可以得到車輛運行軌跡。本文分析的主要參數包括:車輛質量、初始撞擊角度和速度以及橋墩位置(即橫坐標xp和縱坐標yp)。為了方便論述,對本文分析模型進行統(tǒng)一編號。例如A15-V90-M8-XP10-YP1表示質量為8t的F800卡車以90 km/h的速度和15°的角度撞擊護欄,且xp和yp分別為10 m和1 m。

福特F800卡車有限元模型已被廣泛應用于車輛碰撞的相關研究中,已有多位研究者對其有效性進行了的驗證[16,23-24]。盡管如此,本文將利用一次實車碰撞護欄試驗結果進一步檢驗該模型的有效性。該試驗來自于文獻[26],其中的車輛為1987年福特F800卡車,護欄即為本文分析所采用的新澤西護欄。車輛質量、撞擊速度和角度分別為10 t、90.9 km/h和16.2°。圖3為車輛與護欄碰撞的運動形態(tài)對比圖。由圖可知,模擬得到的車輛整體運動形態(tài)與試驗結果吻合良好。圖4為車輛碰撞護欄后的歐拉角位移時程曲線,其中:翻滾角φ為車輛圍繞縱軸旋轉的角度;俯仰角θ為車輛圍繞橫軸旋轉的角度;偏航角ψ為車輛圍繞豎軸旋轉的角度。由圖4可知,車輛翻滾角模擬結果較好,而俯仰角和偏航角的模擬雖存在一定誤差,但整體趨勢相同;三者模擬結果與試驗結果的最大誤差分別為7.2°、16.9°和16.0°。實際上,實際車輛和有限元模型在車廂底板高度、貨物與車廂的連接方式和貨物的重心位置等方面仍存在一定差異�？紤]到車輛碰撞問題的復雜性,上述模擬結果已經說明本文有限元模型可以較好地模擬車輛對新澤西護欄的撞擊過程,即本文有限元模型是有效的。圖4 車輛角位移時程曲線對比圖

【參考文獻】：
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本文編號：3587877