公路分流三角端防護設施計算機模擬研究

摘? 要：車輛與護欄的碰撞是一個極其復雜的過程，對分流三角端防撞設施進行合理的選擇和設置可以有效提高行車安全性[1]，本文提出使用計算機仿真模擬進行分流三角端防護設施分類分析。結合國內公路的現狀及需求，設置了分離防撞桶與防撞墊的場景。根據公路運營期分流三角端事故損失調查實例，可為工程設計提供指導。

關鍵詞：車輛;分流三角端;防護設施;模擬分析

中圖分類號：U238??? 文獻標識碼：A??? 文章編號：2096-6903（2021）04-0000-00

0引言

交通安全設施在保證道路安全運行中起著不可替代的作用，其對減輕事故嚴重程度起著積極作用，被動安全防護設施的防護能力決定了事故發生時造成的人員傷亡和財產損失程度。

現有的分流三角端防護設施，包括了防撞桶和可導向防撞墊，（JTG B05-01-2013）《公路護欄安全性能評價標準》中提出了防撞墊的防護等級與適用條件[2]。國內的防撞墊產品達到了80km/h的防撞等級，現階段還沒有防護100km/h的產品，這制約著更高防護需求的分流三角端的應用，且相對于行業技術標準的發展來說，也是比較滯后的。

隨著計算機仿真分析方法在護欄開發領域應用的日趨成熟，國外發達國家嘗試將該方法作為護欄安全性能評價的一種手段，并通過實踐取得了寶貴經驗[3]。歐洲標準委員會（CEN）的“道路安全防護系統計算機模擬的術語、方法、標準”草案規定“經過實車碰撞檢測的道路安全設施，如果計算機模擬結果與實車碰撞試驗結果各項指標一致，對于護欄的某些非關鍵因素改進無須再進行實車碰撞試驗，可用計算機仿真分析方法評價這種改進后的安全設施的防護性能”。香港特別行政區政府路政署橋梁護欄及路旁圍欄車輛碰撞研究-可行性研究中，應用經過校核的計算機仿真模型對多種護欄結構進行了開發和安全評價，取得了寶貴經驗。

1仿真模型的建立

分流三角端的防護，主要是針對駕駛員的安全而設定，因此僅對小型客車建立模型進行仿真分析，依據我國小客車的主要特點，建立的小型車輛有限元模型如圖1所示，主要有限元參數，見表1，主要結構參數，見表2。

車輛模型坐標（以車輛的初始狀態為準）：車輛行駛方向為x坐標，寬度方向為y坐標，z方向垂直于xy平面。

同時參照現有公路的護欄形式，對分流三角端的防撞桶與可導向防撞墊建立了足尺模型，如圖2所示。

2分流三角端防護計算機仿真模擬

分析分流三角端的防護需求，研究中采用計算機仿真分析技術手段，進行了模擬碰撞分析。設計碰撞速度為100km/h。

2.1防撞桶防護仿真

防撞桶對車輛的阻擋作用很小，三角端波形梁護欄發生了較大的變形，如圖3所示。

2.2 防撞墊防護仿真

防撞墊采用了汽車上采用的吸能梁式吸能構件，可大大降低吸能構件的材料用量，將吸能構件的材料性能完全發揮出來[4]。

按照現行規范要求，研究中對防撞墊進行了正面碰撞、正面偏置碰撞、側面碰撞、正面斜碰碰撞四次模擬[5]。正面碰撞結果，如圖4所示，可導向防撞墊的防護吸能滿足評價標準要求，防撞墊最大變形量：2921.18mm，乘員加速度峰值：131.678m/s2，對應速度值：11.989m/s。

正面偏置碰撞結果，如圖5所示，可導向防撞墊的防護吸能滿足評價標準要求，防撞墊最大變形量：2428.46mm，乘員加速度峰值：126.918m/s2，對應速度值：11.732m/s。

側面碰撞結果，如圖6所示，可導向防撞墊的防護吸能滿足評價標準要求，防撞墊最大變形量：211.046mm，乘員加速度峰值：加速度峰值：x向86.116m/s2，y向90.654m/s2，對應速度值：x向1.124m/s，y向7.410m/s。

正面斜碰碰撞結果，如圖7所示，可導向防撞墊的防護吸能滿足評價標準要求，防撞墊最大變形量：2440.04mm，乘員加速度峰值：加速度峰值：x向121.101m/s2，y向40.23m/s2，對應速度值：x向7.725m/s，y向0.647m/s。

3結語

本文對分流三角端的防護設施進行了計算機仿真模擬，驗證了可導向防撞墊對高速車輛的防護效能，對實車碰撞試驗有較好的指導作用，同時驗證了防撞桶對高速車輛起不到應有的防護作用的結論[6]。采用分流三角端的防護措施，在高速條件下采用防撞墊，遇到低速度條件下預算不充足時，可酌情考慮采用防撞桶。

參考文獻

[1]JTG D81-2017.公路交通安全設施設計規范[S].北京：人民交通出版社股份有限公司出版，2017.

[2]B05-01-2013.公路護欄安全性能評價標準[S].北京：人民交通出版社出版，2013.

[3]閆書明.有限元仿真方法評價護欄安全性能的可行性[J].振動與沖擊，2011（1）：52-56.

[4]閆書明.可導向防撞墊系統碰撞分析[J].特種結構，2012，29（6）：99-103.

[5]游克思，孫璐，顧文鈞.基于車輛動力學仿真模擬和風險分析的道路危險路段識別[J].東南大學學報（自然科學版），2012（1）：150-155.

[6]劉煒.公路安全防護設施的防護漏洞及處治措施[J].交通世界，2018（7）：164-165.

收稿日期：2021-03-05

作者簡介：張玲（1972—），女，云南玉溪人，中專，工程師，研究方向：交通工程。

Computer Simulation Research on Protective Facilities at the Triangle End of Highway Diversion

ZHANG Ling

（Yunnan Yunlu Engineering Inspection Co. ， Ltd.，Kunming Yunnan? 650000）

Absrtact： The collision between a vehicle and a guardrail is an extremely complicated process. Reasonable selection and setting of anti-collision facilities at the triangulation end can effectively improve driving safety [1]. This paper proposes to use computer simulation to classify the triangulation end protection facilities. analysis. Combined with the current situation and demand of domestic highways， a scene of separating the anti-collision bucket and the anti-collision pad was set up. According to the investigation of the loss of the tributary accident during the operation period of the highway， it can provide guidance for the engineering design.

Keywords： Vehicle; Shunt Triangle; protective facilities; simulation analysis