既有桥面防护栏的组合式改造研究

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桥梁护栏是保障桥面行车安全的重要防护设施,在交通安全工程中扮演着至关重要的角色。随着我国汽车行业的不断发展,道路桥梁上行驶的车辆越来越多,各类车型所占的比例也逐渐发生着变化,在现行交通形势下,车辆失控冲出桥梁护栏的安全事故时有发生,表明既有桥梁护栏存在着一定的安全隐患。从节约经济的角度出发,利用既有桥梁护栏结构本身,并在原护栏的基础上进行改造技术的研究具有十分重要的意义。
  本文根据既有桥面护栏设置位置的不同,针对公路桥梁中央分隔带波形梁护栏和城市桥梁人行道内侧路缘结构防护能力不足的问题进行了组合式改造方案的研究。对于公路桥梁中央分隔带波形梁护栏防护能力不足的情况,本文提出了护栏立柱与横隔梁固接和铰接的两种组合式波形梁护栏改造方案;对于城市桥梁人行道内侧路缘结构防护能力不足的情况,本文提出了路缘组合式护栏改造方案,为使研究具有普适性,组合式护栏路缘石基座采用植筋与无植筋两种方式与桥面板连接。在此基础上,根据碰撞理论和护栏安全性能评价体系分别建立了两种护栏的有限元模型,随后根据公路桥梁和城市桥梁护栏防护等级的需求,采用正面碰撞试验分别对本文选用的小汽车、大客车和大货车模型的可靠性进行了验证,最后在有限元仿真软件中进行前处理设置,建立起车辆与护栏碰撞系统的模型。
  在对公路桥梁中央分隔带组合式波形梁护栏的结构研究中,根据防护等级的需求确定了公路桥梁SB级护栏碰撞试验条件,采用1.5t小汽车、10t大客车和18t大货车分别对两种改造方案进行了碰撞仿真分析并确定铰接的连接方式为较好的方案,在此基础上,对铰接的方案进行进一步优化,最终确定了组合式护栏防护效果最好的加高高度。为分析车辆失控时的不确定因素对护栏防护性能的影响,针对优化后的护栏,采用敏感性分析法对不同碰撞角度和不同碰撞速度时护栏的变形量敏感性进行了研究,结果表明车辆碰撞速度的影响更大。
  在对城市桥梁人行道内侧路缘组合式护栏的结构研究中,按照城市桥梁SA级护栏的碰撞试验条件,采用1.5t小汽车和14t大客车两种车型进行碰撞仿真分析。在路缘石基座采用植筋连接的改造方案中,首先研究了不同植筋间距及不同立柱间距对护栏碰撞性能的影响,随后选取了合理的影响因素及水平进行正交设计试验,通过正交设计试验得出立柱间距1.5m、植筋间距100mm、圆管横梁厚度4mm以及矩形管横梁厚度5mm的参数为优化方案。在路缘石采用无植筋连接的改造方案中,研究了不同界面强度、不同接触面积对护栏碰撞性能的影响,得出增大接触面积不如改变界面连接强度经济有效,并确立采用界面强度为与旧桥面板等强度的S2界面为较好的方案。基于以上两种连接方式下优化的护栏,同样采用敏感性分析法探究不同碰撞角度及不同碰撞速度对护栏的碰撞力和横向变形的影响,结果表明在不确定因素变化幅度相同的情况下,碰撞速度对两种连接方式下的护栏防护性能影响都更大。
  本文基于对以上两种桥梁护栏改造方案的研究,为提升既有桥梁桥面护栏的防护能力提供一定的参考价值。
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