交通安全防护设施是交通安全设施系统中的重要组成部分,能够有效的保障乘员安全和降低事故严重程度,交通安全防护设施的优化改善对于交通安全隐患整治与交通安全设施体系的完善具有重大意义。本文选取典型的交通安全隐患点段作为研究对象,利用有限元方法对常见的交通安全防护设施防护能力进行适用性分析。并结合废旧轮胎资源的回收利用现状,提出将废旧轮胎及其再生橡胶低成本材料应用于交通安全防护设施的优化设计中。首先,本文对交通安全隐患点段事故特征和防护设施现状以及交通安全防护设施适用性分析有限元方法进行了简要介绍,并对选择废旧轮胎及其再生橡胶材料作为防护设施优化设计的理由依据进行了探讨。同时结合力学试验数据对再生橡胶进行了超弹性本构模型的拟合,为后续工作提供了研究方法与基础数据准备。其次,本文以交通安全隐患点段为研究对象,从护栏、防撞桶、护栏端头三个方面进行防护设施防护能力的适用性研究,对防护设施的防护水平进行了量化。其中护栏方面主要包括对弯坡段护栏的立柱拌阻机理以及对长大下坡段车辆失控后的防护能力适用性研究,得到了不同场景下的护栏适用不同车型碰撞的极限防护能力。提出将有限元方法结合光滑粒子流体动力学方法（SPH）对防撞桶防护机理进行分析,对车辆在隧道入口段与分流三角端的碰撞事故机理和成因进行了深入分析。护栏端头方面主要对波形梁护栏端头穿刺车身和车辆正碰混凝土护栏端头的事故进行了机理分析和防护能力适用性分析。研究成果为交通安全隐患点段防护设施的防护能力适用性分析提供了有效可靠的方法手段,为交通管理与防护设施的优化设计提供了改善依据。最后,本文结合交通安全防护设施防护能力的适用性分析结果,选取具有低成本和优越性能的废旧轮胎及其再生橡胶材料对防护设施进行优化设计研究。其中包括对废旧轮胎在防护设施中的直接应用方式的作用机理和适用性研究,并对废旧轮胎的直接应用方式提出了针对性的优化改善措施和建议。同时结合再生橡胶材料的优越特性基于混合元胞自动机（HCA）拓扑方法和元模型的参数优化设计方法,设计出了新型再生橡胶防阻块和新型防撞桶等综合效益高、实际应用价值大的新型防护设施结构,并通过仿真分析验算取得了优异可靠的防护效果。最终形成了新型防护设施结构的拓扑-参数一体化优化设计方法与废旧轮胎资源在交通安全防护设施中的综合利用体系。