冲击荷载作用下道路护栏设计计算方法研究.docx

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随着路网建设的逐步完善，道路交通的安全问题日益凸显。作为道路交通安全的重要组成部分，护栏在保护行车人员和车辆安全方面发挥着重要作用。在护栏设计中，考虑到冲击荷载的作用，是一个不可忽视的问题。
一、问题概述
道路护栏通常是由钢铁、铝合金、混凝土等材料制成。在不同的道路条件下，护栏的高度、形状、材料各不相同。在设计护栏时，需要考虑到外部因素的影响。其中一个重要因素就是冲击荷载。汽车、卡车等车辆在高速行驶过程中，如果遇到意外情况，冲击力就会使车辆离开道路并撞向护栏。因此，在设计护栏时，需要考虑冲击荷载的作用。
二、冲击荷载
冲击荷载是指车辆在行驶中，受到的外界冲击力。它是由车辆的速度、质量、撞击方向等多种因素决定的。在道路护栏的设计中，冲击荷载作为设计工作的一个关键因素，需要特别考虑它对护栏的影响。
三、设计计算方法
设计护栏时，需要考虑到如下四个方面的因素：
1. 护栏的材料：不同材料的护栏具有不同的强度和刚度。在衡量冲击荷载时，需要考虑不同材料的耐力设计值。一般来说，钢铁具有良好的耐力，不易断裂，因此在高冲击荷载条件下使用更为适宜。
2. 护栏横截面的形状和高度：不同的护栏形状和高度也会影响护栏的强度和刚度。在设计护栏时，需要根据不同的道路类型和交通流量，选用最适合的护栏横截面形状和高度。
3. 撞击条件：在设计护栏时，需要考虑到不同的撞击条件，比如车型、速度和角度等。这些因素对于计算冲击荷载的影响非常重要。
4. 护栏的间距：在设计护栏时，需要考虑到车辆的尺寸，计算出护栏的间距以确保车辆不能穿越护栏而离开道路或翻滚。
冲击荷载计算方法一般可以采用动力学模拟法、实验比较法和理论分析法。其中，理论分析法是一种最常用的方法。
在理论分析法中，常采用RIGID-VED法计算冲击荷载。RIGID-VED法是指把撞击物体模拟为一个质量为m1的刚体，护栏模拟为一个质量为m2的刚体，两者之间通过垂线弹性元件相连。在计算中，需要考虑质量和速度之间的相互关系。具体步骤如下：
1. 计算车辆的动能，根据公式K=，其中m为车辆质量，v为车速。
2. 计算撞击速度，根据公式V=K/（m1+m2）计算出撞击速度，其中m1为车辆质量，m2为护栏质量，K为动能。
3. 计算撞击信号大小，根据物理规律，撞击信号大小为冲量与撞击时间的乘积。具体公式为J=Ft。其中冲量F=t/c（t为撞击时间，c为冲量系数）。
4. 计算撞击力大小，根据公式F=m∆V/∆t计算撞击力大小。其中m为车辆质量，∆V为撞击速度减去车辆速度，∆t为撞击时间。
5. 评估护栏的耐力，将撞击力转换为护栏耐力，进而评估护栏是否够强。
四、结论
在道路护栏的设计中，考虑冲击荷载作用非常重要。设计过程中需要考虑到不同的材料、护栏横截面形状和高度、撞击条件和护栏的间距等因素。在计算冲击荷载时，RIGID-VED法是一种常用的方法，它主要是通过计算冲量、撞击速度和力来评估护栏的耐力。在实际设计中，需要根据不同的道路条件和交通流量，选用最适合的护栏设计方案，以确保示范设施的质量和安全。