為研究公路護(hù)欄對(duì)車輛撞擊橋墩作用的影響規(guī)律,從而合理評(píng)估實(shí)際橋墩在車輛撞擊下的安全性,采用有限元方法對(duì)大型箱式卡車（福特F800）撞擊低等級(jí)混凝土護(hù)欄（新澤西護(hù)欄）以及護(hù)欄-橋墩系統(tǒng)進(jìn)行了仿真模擬;重點(diǎn)考察了該卡車與護(hù)欄碰撞后的運(yùn)動(dòng)形態(tài)、護(hù)欄防護(hù)下的卡車-橋墩碰撞機(jī)理及車輛撞擊力峰值特征等,并對(duì)護(hù)欄的防護(hù)作用作了進(jìn)一步討論。模擬結(jié)果表明:在護(hù)欄防護(hù)下,該箱式卡車對(duì)橋墩的撞擊作用主要取決于貨物撞擊,而發(fā)動(dòng)機(jī)一般不與橋墩發(fā)生碰撞;在某些撞擊工況下,設(shè)置護(hù)欄時(shí)車輛對(duì)橋墩的撞擊力峰值可能超過(guò)未設(shè)置護(hù)欄時(shí)的撞擊力峰值,甚至達(dá)到后者2倍以上;當(dāng)橋墩與護(hù)欄距離較近時(shí)（例如小于1.5 m）,該低等級(jí)混凝土護(hù)欄對(duì)橋墩防車輛撞擊可能起到負(fù)面作用。 

【文章來(lái)源】：自然災(zāi)害學(xué)報(bào). 2020,29(05)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

車輛與護(hù)欄-橋墩碰撞的有限元模型

1.4 參數(shù)分析本文有限元模擬可以分為兩個(gè)系列,即車輛與護(hù)欄的碰撞以及車輛與護(hù)欄-橋墩系統(tǒng)的碰撞;前者主要考察車輛速度、質(zhì)量和撞擊角度對(duì)車輛運(yùn)動(dòng)形態(tài)的影響,后者則考察護(hù)欄防護(hù)下各參數(shù)對(duì)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(hù)欄-橋墩系統(tǒng)碰撞的參數(shù)示意圖。其中,坐標(biāo)系原點(diǎn)O為車輛與護(hù)欄的初始撞擊點(diǎn);M、V和A分別為車輛質(zhì)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(diǎn)沿路線的距離;yp表示橋墩形心與護(hù)欄的垂直距離。通過(guò)對(duì)車輛貨物重心的實(shí)時(shí)坐標(biāo)(x, y)進(jìn)行跟蹤可以得到車輛運(yùn)行軌跡。本文分析的主要參數(shù)包括:車輛質(zhì)量、初始撞擊角度和速度以及橋墩位置(即橫坐標(biāo)xp和縱坐標(biāo)yp)。為了方便論述,對(duì)本文分析模型進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)。例如A15-V90-M8-XP10-YP1表示質(zhì)量為8t的F800卡車以90 km/h的速度和15°的角度撞擊護(hù)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(yīng)用于車輛碰撞的相關(guān)研究中,已有多位研究者對(duì)其有效性進(jìn)行了的驗(yàn)證[16,23-24]。盡管如此,本文將利用一次實(shí)車碰撞護(hù)欄試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步檢驗(yàn)該模型的有效性。該試驗(yàn)來(lái)自于文獻(xiàn)[26],其中的車輛為1987年福特F800卡車,護(hù)欄即為本文分析所采用的新澤西護(hù)欄。車輛質(zhì)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(hù)欄碰撞的運(yùn)動(dòng)形態(tài)對(duì)比圖。由圖可知,模擬得到的車輛整體運(yùn)動(dòng)形態(tài)與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。圖4為車輛碰撞護(hù)欄后的歐拉角位移時(shí)程曲線,其中:翻滾角φ為車輛圍繞縱軸旋轉(zhuǎn)的角度;俯仰角θ為車輛圍繞橫軸旋轉(zhuǎn)的角度;偏航角ψ為車輛圍繞豎軸旋轉(zhuǎn)的角度。由圖4可知,車輛翻滾角模擬結(jié)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(shì)相同;三者模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的最大誤差分別為7.2°、16.9°和16.0°。實(shí)際上,實(shí)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(wèn)題的復(fù)雜性,上述模擬結(jié)果已經(jīng)說(shuō)明本文有限元模型可以較好地模擬車輛對(duì)新澤西護(hù)欄的撞擊過(guò)程,即本文有限元模型是有效的。圖4 車輛角位移時(shí)程曲線對(duì)比圖

【參考文獻(xiàn)】：
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