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超高車輛撞橋分析及防護措施

文檔作者：毛海東文檔來源：北京市城市道路養(yǎng)護管理中心		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月14日
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道路與交通工程器
Roaa&amp;amp;Traffic Engineenng
超高車輛撞橋分析及防護措施
毛海東
(北京市城市道路養(yǎng)護管理中心。北京100031)
摘要：分析了造成橋梁損壞的原因，并用LS—DYNA有限元模型模擬了汽車撞擊橋梁的過程。提出了一些減少橋梁被
撞擊損壞的措施。
關(guān)鍵詞：超高車輛；撞橋；接觸分析；有限元；防護
中圖分類號：U447 文獻標志碼：B 文章編號：1009—7767(2010)02—0039—03
Analysis and Protective Measures of Hitting the Bridges by Overceiling Trucks
Mao Haidong
1北京市橋梁安全防護的現(xiàn)狀
截止2009年底，北京市機動車保有量已突破400萬
輛，13益增長的機動車數(shù)量，城市道路等級不斷提高。
立交橋、人行過街天橋越來越多使得市民對城市交通
設施的要求也越來越高。
來自交通部門的最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：在北京的
1 000多座立交橋中，有近一半發(fā)生過碰撞事故。在被
損壞的各類橋梁中，20％都是因為超高車輛撞擊所致。
以四環(huán)路為例，2008年的1年中．立交橋限高防
撞架就先后被撞135次，直接經(jīng)濟損失達282萬元：立
交橋橋梁直接被撞22次，導致經(jīng)濟損失94萬元。
車輛每一次撞擊都會引起橋梁結(jié)構(gòu)損傷、使用壽
命縮短、安全性及抗震能力下降．情況嚴重時還可能
造成橋毀人亡、交通中斷等災難性后果。因此．如何科
學評價超高車輛撞擊對橋梁的破壞。進而在橋梁的設
計、運營、維護等過程中對此類破壞進行綜合考慮，合
理確定防撞設計標準及配套的安全設施，顯得緊迫而
必要，也具有重要的現(xiàn)實意義。
2撞擊分析
2．1超高車輛撞橋的原因分析
1)貨運車輛超載、超高現(xiàn)象嚴重。部分貨車司機社
會責任感差，為追求經(jīng)濟利益，導致車輛裝載高度超
過橋梁凈空。
2)橋梁設計凈空由于受歷史和橋梁所處位置、規(guī)
模等原因的局限，使跨線橋梁與被交道路之間的設計
凈空差別很大，當橋下非機動車道因交通壓力大而改
為機動車道時，造成凈空不足。此外。橋下道路在改擴
建過程中采取銑刨加鋪措施更使得局部橋梁凈空進
一步減小。
3)駕駛?cè)藛T素質(zhì)不高，通過限高橋梁時存在僥幸
心理，駕駛超高車輛強行通過，造成撞橋事故。
4)限高標志提示設施設置不合理，不能有效、及
時引導超高車輛司機采取制動或繞行措施。
2．2汽車撞擊作用大小分析
2．2．1 經(jīng)典理論
牛頓第二定律F=m·口中，加速度a可通過對速度
v求導得出．如汽車行駛速度為20 m／s．假設碰撞時間
為0．5 s；碰撞后速度為0，則加速度為40 m／s2。通過牛
頓第二定律可以簡單求出撞擊力大小。
2．2．2公路規(guī)范
ⅡG D60—2004((公路橋涵設計通用規(guī)范》?沒有明
確給定汽車撞擊公式，而是規(guī)定：橋梁結(jié)構(gòu)必要時可
考慮汽車的撞擊作用，汽車撞擊力標準值在車輛行駛
方向上取1 000 kN，在車輛行駛垂直方向取500 kN．
2個方向不同時考慮，撞擊力作用于行車道以上1．2 m
處，直接分布于撞擊涉及的構(gòu)件上(主要參考外國相
關(guān)規(guī)范而定)。對易受到汽車撞擊的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的相關(guān)部
位應采取相應的構(gòu)造措施，并增設鋼筋或鋼筋網(wǎng)。
由于汽車撞擊橋梁是偶然小概率事件，因此有關(guān)
方面對其研究得比較少，而筆者認為汽車撞擊橋梁
2010{t第2期(3一)第28毫辛葒焱木一ET 39
萬方數(shù)據(jù)
器道路與交通工程
Road&amp;amp;Traffic Engineering
引起的后果和經(jīng)濟損失是非常嚴重的，因此有必要
加強對此方面的研究。
3防護措施
3．1 LS—DYNA動力分析防撞措施的有效性
為研究橋梁防撞措施的有效性。采用LS—DYNA程
序?qū)ζ囎矒籼鞓蜻^程進行數(shù)值模擬。
LS—DYNA的顯示算法適合于分析各種非線性結(jié)
構(gòu)沖擊動力學問題，如爆炸、結(jié)構(gòu)碰撞、等高度非線
性問題。其特點是以Lagrange為主．兼有ALE和Euler
算法121。
3．1．1計算模型
采用雙線性彈塑性模型，計算中考慮材料的密度、
楊氏彈性模量、泊松比、屈服應力和切線模量．采用3D
Shelll63單元。汽車考慮質(zhì)量為50 t，速度為72 km／h。
作用力為1 000kN。采用3種常用防撞設施見表1，其
計算模型見圖l～4。
表1計算模型
模型序號防掩{殳施名稱
模型l
模型2
模型3
單立柱單橫梁
加強立柱單橫梁
格構(gòu)式
圖1車輛計算模型
圖2計算模型1
40 ．事ate／：川盯2010 No．20VI_ar．)V01．28
圖3計算模型2
圖4計算模型3
3．1．2計算結(jié)果(見表2、圖5～7)
表2計算結(jié)果匯總表
圖5計算模型1位移(m)
由計算結(jié)果可以看出，在汽車撞擊荷載作用下，簡
單構(gòu)造的防撞設施變形較大，鋼材所受應力超過極限
抗托強度，發(fā)生塑性破壞，只有較強的格構(gòu)式防撞設
施才能有效阻止汽車撞擊。
萬方數(shù)據(jù)
圖6計算模型2位移(m)
圖7計算模型3位移(m)
3．2防撞設施位置分析
發(fā)生撞擊后．如果防撞沒施未能阻止汽車的運動。
汽車在慣性力作用下由運動到停止需要一定距離S，
如果防撞設施與橋梁之間距離L

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