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超高车辆撞桥分析及防护措施

文档作者：毛海东文档来源：北京市城市道路养护管理中心		点击数：	更新时间： 2021年10月14日
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道路与交通工程器
Roaa&amp;amp;Traffic Engineenng
超高车辆撞桥分析及防护措施
毛海东
(北京市城市道路养护管理中心。北京100031)
摘要：分析了造成桥梁损坏的原因，并用LS—DYNA有限元模型模拟了汽车撞击桥梁的过程。提出了一些减少桥梁被
撞击损坏的措施。
关键词：超高车辆；撞桥；接触分析；有限元；防护
中图分类号：U447 文献标志码：B 文章编号：1009—7767(2010)02—0039—03
Analysis and Protective Measures of Hitting the Bridges by Overceiling Trucks
Mao Haidong
1北京市桥梁安全防护的现状
截止2009年底，北京市机动车保有量已突破400万
辆，13益增长的机动车数量，城市道路等级不断提高。
立交桥、人行过街天桥越来越多使得市民对城市交通
设施的要求也越来越高。
来自交通部门的最新统计数据显示：在北京的
1 000多座立交桥中，有近一半发生过碰撞事故。在被
损坏的各类桥梁中，20％都是因为超高车辆撞击所致。
以四环路为例，2008年的1年中．立交桥限高防
撞架就先后被撞135次，直接经济损失达282万元：立
交桥桥梁直接被撞22次，导致经济损失94万元。
车辆每一次撞击都会引起桥梁结构损伤、使用寿
命缩短、安全性及抗震能力下降．情况严重时还可能
造成桥毁人亡、交通中断等灾难性后果。因此．如何科
学评价超高车辆撞击对桥梁的破坏。进而在桥梁的设
计、运营、维护等过程中对此类破坏进行综合考虑，合
理确定防撞设计标准及配套的安全设施，显得紧迫而
必要，也具有重要的现实意义。
2撞击分析
2．1超高车辆撞桥的原因分析
1)货运车辆超载、超高现象严重。部分货车司机社
会责任感差，为追求经济利益，导致车辆装载高度超
过桥梁净空。
2)桥梁设计净空由于受历史和桥梁所处位置、规
模等原因的局限，使跨线桥梁与被交道路之间的设计
净空差别很大，当桥下非机动车道因交通压力大而改
为机动车道时，造成净空不足。此外。桥下道路在改扩
建过程中采取铣刨加铺措施更使得局部桥梁净空进
一步减小。
3)驾驶人员素质不高，通过限高桥梁时存在侥幸
心理，驾驶超高车辆强行通过，造成撞桥事故。
4)限高标志提示设施设置不合理，不能有效、及
时引导超高车辆司机采取制动或绕行措施。
2．2汽车撞击作用大小分析
2．2．1 经典理论
牛顿第二定律F=m·口中，加速度a可通过对速度
v求导得出．如汽车行驶速度为20 m／s．假设碰撞时间
为0．5 s；碰撞后速度为0，则加速度为40 m／s2。通过牛
顿第二定律可以简单求出撞击力大小。
2．2．2公路规范
ⅡG D60—2004((公路桥涵设计通用规范》⋯没有明
确给定汽车撞击公式，而是规定：桥梁结构必要时可
考虑汽车的撞击作用，汽车撞击力标准值在车辆行驶
方向上取1 000 kN，在车辆行驶垂直方向取500 kN．
2个方向不同时考虑，撞击力作用于行车道以上1．2 m
处，直接分布于撞击涉及的构件上(主要参考外国相
关规范而定)。对易受到汽车撞击的结构构件的相关部
位应采取相应的构造措施，并增设钢筋或钢筋网。
由于汽车撞击桥梁是偶然小概率事件，因此有关
方面对其研究得比较少，而笔者认为汽车撞击桥梁
2010{t第2期(3一)第28毫辛荭焱木一ET 39
万方数据
器道路与交通工程
Road&amp;amp;Traffic Engineering
引起的后果和经济损失是非常严重的，因此有必要
加强对此方面的研究。
3防护措施
3．1 LS—DYNA动力分析防撞措施的有效性
为研究桥梁防撞措施的有效性。采用LS—DYNA程
序对汽车撞击天桥过程进行数值模拟。
LS—DYNA的显示算法适合于分析各种非线性结
构冲击动力学问题，如爆炸、结构碰撞、等高度非线
性问题。其特点是以Lagrange为主．兼有ALE和Euler
算法121。
3．1．1计算模型
采用双线性弹塑性模型，计算中考虑材料的密度、
杨氏弹性模量、泊松比、屈服应力和切线模量．采用3D
Shelll63单元。汽车考虑质量为50 t，速度为72 km／h。
作用力为1 000kN。采用3种常用防撞设施见表1，其
计算模型见图l～4。
表1计算模型
模型序号防掩{殳施名称
模型l
模型2
模型3
单立柱单横梁
加强立柱单横梁
格构式
图1车辆计算模型
图2计算模型1
40 ．事ate／：川盯2010 No．20VI_ar．)V01．28
图3计算模型2
图4计算模型3
3．1．2计算结果(见表2、图5～7)
表2计算结果汇总表
图5计算模型1位移(m)
由计算结果可以看出，在汽车撞击荷载作用下，简
单构造的防撞设施变形较大，钢材所受应力超过极限
抗托强度，发生塑性破坏，只有较强的格构式防撞设
施才能有效阻止汽车撞击。
万方数据
图6计算模型2位移(m)
图7计算模型3位移(m)
3．2防撞设施位置分析
发生撞击后．如果防撞没施未能阻止汽车的运动。
汽车在惯性力作用下由运动到停止需要一定距离S，
如果防撞设施与桥梁之间距离L

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