Определение фактического численного значения величины горизонтальной поперечной нагрузки от удара транспортного средства о бетонное парапетное дорожное ограждение

Введение. При проектировании мостов и путепроводов обязательно надо учитывать горизонтальную поперечную нагрузку от удара транспортного средства (ТС) об ограждение. В РФ данная нагрузка регламентирована п. 6.19 СП 35.13330.2011 и для железобетонных парапетных ограждений составляет 165,2 кН. Данное значение нагрузки было введено СНиП 2.05.03–84 (ред. 1986 г.) и с тех пор не обновлялось. Анализ зарубежных норм (США и ЕС) показал, что в РФ нагрузка в 3–5 раз ниже, чем в других странах, в связи с чем решено провести настоящее исследование.

Материалы и методы. Удар ТС о парапетное ограждение — динамически нелинейная контактная задача взаимодействия двух тел. Наиболее эффективным методом решения подобного рода задач являются виртуальные цифровые испытания. Использовался программный комплекс ANSYS LS-DYNA. Параметры испытаний определялись соответствующими нормативно-техническими нормами и правилами РФ. Валидация моделей проводилась на основе данных натурных испытаний, выполненных в НИЦИАМТ ФГУП «НАМИ», а верификация — по энергетическому балансу, сходимости и сопоставлению полученного значения силы удара с аналитическими решениями, рассмотренными в работе.

Результаты. Путем виртуальных цифровых испытаний определены фактические численные значения величины приведенной горизонтальной поперечной динамической нагрузки от удара ТС о парапетное дорожное ограждение для удерживающих способностей У1–У10 по ГОСТ 33128–2024, ГОСТ 33129–2024.

Выводы. Установлено, что реальное значение нагрузки от удара ТС о парапетное ограждение значительно больше, чем в п. 6.19 СП 35.13330.2011. Это приводит к тому, что мостовые конструкции ограждений проектируются в настоящее время с недостаточным запасом по прочности. Проведенные исследования показывают, что необходима актуализация нормативно-технической документации РФ в области парапетных ограждений, а также сооружений, на которых ограждения эксплуатируются.

1. Сторожев С.А., Логинов В.Ю., Аристархова А.Н. Влияние сертификации дорожных ограждений на безопасность дорожного движения // Безопасность дорожного движения. 2022. № 2. С. 52–56. EDN OWTHRQ.

2. Андреев К.П., Борычев С.Н., Терентьев В.В., Шемякин А.В. Дорожные ограждения: современные решения для повышения безопасности движения // Грузовик. 2021. № 6. С. 43–48. EDN JXOXJJ.

3. Андреев К.П., Терентьев В.В., Шемякин А.В. Применение дорожного энергопоглощающего ограждения для повышения безопасности движения // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. 2018. № 1. С. 5–12. DOI: 10.15593/24111678/2018.01.01. EDN YVGQRA.

4. Qiao W., Huang E., Guo H., Liu Y., Ma X. Barriers involved in the safety management systems: a systematic review of literature // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2022. Vol. 19. Issue 15. P. 9512. DOI: 10.3390/ijerph19159512

5. Сунгатуллина К.А. Условия и факторы, влияющие на безопасность дорожного движения на современном этапе // Вестник НЦБЖД. 2022. № 2 (52). С. 126–135. EDN UKXUKI.

6. Дергунов С.А., Орехов С.А., Тарановская Е.А., Самигуллин Н.Р. Дорожные ограждения, рассеивающие энергию удара // Тенденции развития науки и образования. 2017. № 26–4. С. 69–71. DOI: 10.18411/lj-31-05-2017-72. EDN ZCNFPT.

7. Тавшавадзе Б.Т. Разработка и обоснование методологии расчетов, испытаний и сертификации дорожных удерживающих ограждений барьерного типа : дис. … канд. техн. наук. М., 2019. 147 с. EDN CNLKWQ.

8. Zain M.F.B.M., Mohammed H.J. Concrete road barriers subjected to impact loads: An overview // Latin American Journal of Solids and Structures. 2015. Vol. 12. Issue 10. Pp. 1824–1858. DOI: 10.1590/1679-78251783

9. Овчинников И.И., Валиев Ш.Н., Овчинников И.Г., Шатилов И.С. Аварии транспортных сооружений и их предупреждение : учебное пособие. Чебоксары, 2020. 216 с. DOI: 10.31483/a-186. EDN ZJXBLO.

10. Faller R.K., Rohde J.R., Rosson B.T., Smith R.P., Addink K.H. Development of a TL-3 F-shape Temporary Concrete Median Barrier. MwRSF Research Report No. TRP-03-064-96. Lincoln, NE : Midwest Roadside Safety Facility, University of Nebraska–Lincoln, 1996. URL: https://mwrsf.unl.edu/reportResult.php?reportId=158

11. Bhakta S.K., Lechtenberg K.A., Faller R.K., Reid J.D., Bielenberg R.W., Urbank E.L. Performance Evaluation of New Jersey’s Portable Concrete Barrier with a Bolted Configuration and Grouted Toes — Test No. NJPCB-2. MwRSF Research Report No. TRP-03-340-18. Lincoln, NE : Midwest Roadside Safety Facility, University of Nebraska-Lincoln, 2018. URL: https://mwrsf.unl.edu/reportResult.php?reportId=349

12. Bielenberg B., Lingenfelter J., Stolle C., Ruskamp R., Pajouh M. Development of a New, MASH 2016 TL-3 Portable Barrier System — Phase I. MwRSF Research Report No. TRP-03-460-22. Lincoln, NE : Midwest Roadside Safety Facility, University of Nebraska-Lincoln, 2022. URL: https://mwrsf.unl.edu/reportResult.php?reportId=451

13. Bhakta S.K., Lechtenberg K.A., Faller R.K., Reid J.D., Bielenberg R.W., Urbank E.L. Performance Evaluation of New Jersey’s Portable Concrete Barrier with a Free-Standing Configuration — Test No. NJPCB-3. MwRSF Research Report No. TRP-03-355-18. Lincoln, NE : Midwest Roadside Safety Facility, University of Nebraska–Lincoln, 2018. URL: https://mwrsf.unl.edu/reportResult.php?reportId=350

14. Bligh R.P., Abu-Odeh A.Y., Hamilton M.E., Seckinger N.R. Evaluation of Roadside Safety Devices Using Finite Element Analysis. Research Report No. FHWA/TX-04/0-1816-1. College Station, TX : Texas Transportation Institute, Texas A&M University, 2004. 66 p.

15. Sheikh N.M., Kovar J.C., Cakalli S., Menges W.L., Schroeder G.E., Kuhn D.L. Analysis of 54-Inch Tall Single-Slope Concrete Barrier on a Structurally Independent Foundation. Research Report No. FHWA/TX-19/0-6948-R1. College Station, TX : Texas A&M Transportation Institute, 2019.

16. Sheikh N.M., Bligh R.P., Kovar J.C., Cakalli S., Menges W.L., Schroeder G.E., Kuhn D.L. Development of Structurally Independent Foundations for 36-Inch Tall Single Slope Traffic Rail (SSTR) for MASH TL-4. Research Report No. FHWA/TX-19/0-6968-R7. College Station, TX : Texas A&M Transportation Institute, 2020.

17. Silvestri-Dobrovolny C., Schroeder W.J.L., Kuhn D.L. Develop Guidelines for Inspection, Repair, and Use of Portable Concrete Barriers — Volume 2: Crash Report. Research Report No. FHWA/TX-22/0-7059-R1-Vol2. College Station, TX : Texas A&M Transportation Institute, 2022. 96 p.

18. Sheikh N.M., Bligh R.P., Holt J.M. Minimum Rail Height and Design Impact Load for Longitudinal Barriers That Meet Test Level 4 of Manual for Assessing Safety Hardware // Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board. 2012. Vol. 2309. Issue 1. Pp. 135–143. DOI: 10.3141/2309-14

19. Sheikh N.M., Bligh R.P., Menges W.L. Development and Testing of a Concrete Barrier Design for Use in Front of Slope or on MSE Wall. Research Report No. 405160-13-1. College Station, TX : Texas Transportation Institute, 2009. 79 p.

20. Tabacu S., Pandrea N. Numerical (analytical-based) model for the study of vehicle frontal collision // International Journal of Crashworthiness. 2008. Vol. 13. Issue 4. Pp. 387–410. DOI: 10.1080/135882608020-30588

21. Abu-Odeh A.Y., Kim K.-M., Williams W.F., Patton C. Crash Wall Design for Mechanically Stabilized Earth (MSE) Retaining Wall. Phase I: Engineering Analysis and Simulation. Research Report No. 405160-15. Olympia, WA : Washington State Department of Transportation, 2011. 117 p.

22. Rosenbaugh S.K., Faller R.K., Dixon J., Loken A., Rasmussen J.D., Flores J. Development and Testing of an Optimized MASH TL-4 Concrete Bridge Rail. MwRSF Research Report No. TRP-03-415-21. Lincoln, NE : Midwest Roadside Safety Facility, University of Nebraska-Lincoln, 2021.

23. Астров В.А. Обоснование практических методов повышения пассивной безопасности дорожных ограждений : дис. … д-ра техн. наук. Балашиха, 1990. 340 с.

24. Демьянушко И.В. Виртуальный цифровой испытательный полигон для проведения испытаний элементов дорожного обустройства при наездах транспортных средств // XXXII Междунар. инновационная конф. молодых ученых и студентов по проблемам машиноведения : сб. тр. конф. 2021. С. 4–16. EDN RUYFYG.

25. Демьянушко И.В. Применение виртуального динамического анализа для исследования краш-ситуаций взаимодействия автомобиля с дорожными конструкциями // Механика и математическое моделирование в технике : II Всеросс. науч.-техн. конф., посвящ. юбилеям основателей кафедры «Прикладная механика» МГТУ им. Н.Э. Баумана профессоров С.Д. Пономарева, В.Л. Бидермана, К.К. Лихарева, Н.Н. Малинина, В.А. Светлицкого : сб. тр. 2017. С. 116–120. EDN ZRYUQD.

26. Демьянушко И.В., Титов О.В., Михеев П.С., Карпов И.А. Цифровое моделирование разрушения в элементах дорожных ограждений при ударном наезде автомобиля // Вестник МГСУ. 2024. Т. 19. № 12. С. 1896–1919. DOI: 10.22227/1997-0935.2024.12.1896-1919. EDN AHVXLQ.

27. Титов О.В. Разработка экспериментально-расчетного комплекса валидации физико-математических моделей дорожных ограждений для цифрового моделирования ударного наезда автомобиля : дис. … канд. техн. наук. М., 2024. 163 с.

28. Loken A.E. Establishing Safe Operating Speeds for Autonomous Vehicles: A Case Study from the Automated Skyway Express in Jacksonville, Florida : thesis. Lincoln, NE : University of Nebraska-Lincoln, 2021.

29. Hirsch T.J. Analytical Evaluation of Texas Bridge Rails to Contain Buses and Trucks. Research Report No. 230-2. College Station, TX : Texas Transportation Institute, Texas A&M University, 1978.

30. Faller R.K., Soyland K., Rosson B.T., Stutz-man T.M. TL-1 Curb-Type Bridge Railing for Longitudinal Glulam Timber Decks Located on Low-Volume Roads. MwRSF Research Report No. TRP-03-54-96. Lincoln, NE : Midwest Roadside Safety Facility, University of Nebraska-Lincoln, 1996.