防撞桶作为常用护栏端部防护设施,有必要通过碰撞试验对其安全性能进行客观评价,指出影响防撞桶安全防护性能的主要因素,为提出新型防撞垫单元构件奠定基础.以3个充沙玻璃钢式防撞桶为一组,摆放形式同公路常用方式,防撞桶被完60kmh.全撞碎,沙子和玻璃钢碎片散落在约10m的区域内,侵入相临车道;车辆骑跨上护栏,护栏端部插入车体,车辆损坏严重.
结合吸能表达式,防撞桶刚度k(x)不足是影响其防撞能力的主要原因,材料性能是影响其刚度的主要因素:玻璃钢易碎且吸能效果差,沙子等填充物易抛洒,这2种材料组合达不到有效吸收车体动能的效果.
2.2 防撞垫单元结构
在玻璃钢式防撞桶试验的基础上,提出如图6的新型防撞垫单元结构:结构高90cm,由直径100cm的外圆桶、直径25cm的内钢桶、连接内外钢桶的叶片式封装装置构成.结构外部全部由3mm钢板制成,由于钢板是弹塑性材料,可以防止产生大量碎片引发二次事故;叶片封装装置里由PVC材料填充,增加单元结构吸能效果.
防撞垫单元结构能够有效吸收碰撞能量,使车辆停车;防撞垫单元结构和护栏端部没有侵入车体;没有脱离部件和碎片侵入相邻车道;车体X方向加速度大值为31.9g;车辆没有横转、翻车,没有骑跨护栏端部.通过防撞垫单元试验可知,钢铁和PVC材料组合使用有效增强了结构吸能效果,降低或消除抛洒物的产生;车体X方向加速度大值达到了31.9g,不满足评价标准要求.结合吸能表达式,分析缓冲距离过短是引起加速度超标主要原因.
2.3 防撞垫组合结构
在防撞垫单元结构碰撞分析基础上,提出单元组合型防撞垫结构,有效增加缓冲距离.
组合型防撞垫由3个消能圆桶组成,其中消能桶I直径为1.2m,2个消能桶II的直径为0.8m,防撞垫总长度1.83m,宽处宽度1.6m.
车辆 X方向加速度大值为21.7g,缓冲能力仍不满足评价标准要求;其他指标满足评价标准要求.通过防撞垫组合结构试验可知,由于缓冲距离的增加,车体碰撞方向加速度有了大幅度下降,但仍不满足要求.根据碰撞结果分析,可以通过降低刚度的方法得到防撞垫优化组合结构.
2.4 防撞垫优化组合结构
通过去除防撞垫组合中II型桶的PVC填充物来降低防撞垫刚度,在此基础上组织碰撞试验.车体加速度大值X方向为18.9g,Y方向为4.2g,Z方向为6.1g,缓冲能力满足评价标准要求;防撞垫压缩大动态变形为1234mm,有进一步变形空间,对车辆动能的吸收留有一定安全系数,其他各项指标均满足评价标准要求.
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