Автореферат (Разработка и обоснование методологии расчетов, испытаний и сертификации дорожных удерживающих ограждений барьерного типа)

На правах рукописиТАВШАВАДЗЕ БЕКА ТЕМУРОВИЧРАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОЛОГИИ РАСЧЕТОВ,ИСПЫТАНИЙ И СЕРТИФИКАЦИИ ДОРОЖНЫХ УДЕРЖИВАЮЩИХОГРАЖДЕНИЙ БАРЬЕРНОГО ТИПА05.23.11 – Проектирование и строительство дорог, метрополитенов,аэродромов, мостов и транспортных тоннелейАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква –2019Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательномучреждении высшего образования «Московский автомобильно-дорожныйгосударственный технический университет (МАДИ)» на кафедре «Изыскания ипроектирование дорог»Научный руководитель:Официальные оппоненты:Ведущая организация:Доктор технических наук, профессорДемьянушко Ирина ВадимовнаМатвеев Сергей Александрович – доктортехнических наук, профессор кафедры «Мосты итоннели»федеральногогосударственногобюджетногообразовательногоучреждениявысшегообразования«Сибирскийгосударственныйавтомобильно-дорожныйуниверситет (СИБАДИ)»Овчинников Игорь Георгиевич – доктортехническихнаук,профессоркафедры«Транспортное строительство»федеральногогосударственного бюджетного образовательногоучреждения высшего образования «Саратовскийгосударственный технический университет имениЮ.А.

Гагарина».Федеральноегосударственноебюджетноеобразовательное учреждение высшего образования"Воронежский государственный техническийуниверситет " (ВГТУ)Защита диссертации состоится 23 мая 2019 г. в 10 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.126.02 на базе федерального государственногобюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московскийавтомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)» поадресу:125319, г. Москва, Ленинградский проспект, 64, ауд.

42Телефон для справок 8 (499)-346-01-68 доб. 1324С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке и на сайтеМосковскогоавтомобильно-дорожногогосударственноготехническогоуниверситета(МАДИ)http://www.madi.ru/1266-uchenyy-sovet-grafik-zaschitydissertaciy.htmlОтзывы на диссертацию и автореферат в двух экземплярах, заверенныепечатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета, акопии отзывов прислать по электронной почте: uchsovet@madi.ruАвтореферат разослан «__» ________ 2019 г.Ученый секретарь диссертационногосовета Д 212.126.02, кандидаттехнических наук, доцентБорисюкНикита Владимирович3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫАктуальность темыС интенсивным развитием строительства автомобильных дорог общегопользования, увеличением загруженности дорог, повышением скоростей движенияи грузоподъемности автотранспортных средств все более актуальной становитсяпроблема их технического обустройства с целью повышения безопасностидорожного движения, что является в настоящее время государственной задачей,входящей в национальную стратегию транспортного развития страны.

Наибольшееколичестводорожно-транспортныхпроисшествий(ДТП)стяжелымипоследствиями происходит при выезде транспортных средств (ТС) на встречнуюполосу, съездах с полотна дороги, при падении с откосов и т.п. Наиболееэффективным средством увеличения безопасности дорожного движения в этихслучаях является установка боковых дорожных удерживающих ограждений (ДО),в основном барьерных металлических (БДО) и парапетных (бетонных ижелезобетонных). В последнее время все более широко стали применятьсятросовые системы ДО.

Общая протяженность БДО, как на дорогах России, так и зарубежом, в настоящее время существенно превышает протяженность другихупомянутых видов боковых ДО.Потребительские характеристики ограждения (уровень удерживающейспособности, динамический прогиб и рабочая ширина ограждения) определяютсяпорезультатамнатурныхиспытаний,которыедолжныпроводитьсявиспытательных аккредитованных лабораториях.В основном у каждого изготовителя БДО имеется широкая линейкапродукции, у некоторых крупных отечественных и зарубежных изготовителейсуществует более 100 марок одного типаБДО, что обеспечивает ихконкурентоспособность на рынке и оптимальное соответствие дорожнымусловиям.

Проведение натурных испытаний большого количества марокограждений является весьма затратным как по времени, так и по стоимости.Попытки определения потребительских характеристик ДО расчетным путем спомощью полуэмпирического инженерного анализа (работы ФАУ Росдорнии,4МАДИ, Союздорнии, университета Северной Каролины в Шарлотте, Техасскогоинститута транспорта, Технический университет Чалмерса и др.) проводятся и досегодняшнего времени. Однако невысокая точность приближенных методов непозволяла до сих пор произвести полноценную замену натурных испытанийрасчетами.Внедрение в расчетную практику современных программных комплексовнелинейного динамического анализа высокоскоростных процессов, основанных намоделировании сложных систем методом конечных элементов (МКЭ), сделало внастоящее время возможным разработку конечно-элементных (КЭ) моделей БДОи симуляционного моделирования процессов ударного взаимодействия их странспортнымсредством(ТС)–виртуальныхиспытаний,позволяющихопределять параметры конструкций БДО и характеристики системы БДО–ТС приударе.Однако внедрение виртуальных испытаний (по схемам стендовых инатурных испытаний) в качестве сертификационных требует методическогообоснования процедуры их использования в системе сертификации продукции,включая валидацию моделей путем сравнения с данными стендовых и натурныхиспытаний.Необходимымпредставляетсятакжеопределениеграницприменимости виртуальных испытаний для различных случаев изменений вконструкции БДО по сравнению с конструкцией, испытанной методом натурныхиспытаний (изменение шага стоек, толщины балки, замена материала и т.д.).Актуальной задачей является применение компьютерного симуляционногомоделирования для исследования влияния конструктивных параметров БДО ирежимов испытаний на их эффективность, а также проработка возможностиприменения моделирования при анализе ДТП, происходящих с наездом ТС наограждения.Цель и основные задачи исследованияЦель работы – проведение исследований современных конструкцийбарьерных дорожных ограждений, формулировка требований к проектированиюконструкций и устройству БДО на автодорогах, отвечающих новым подходам к5обеспечению требований по безопасности и надежности, и на этой основеразработка экспериментально обоснованных методов виртуальных испытанийБДОсиспользованиемсовременныхматематическихметодовконечно-элементного моделирования нелинейных динамических процессов соударениядеформируемых конструкций, а также определение роли и места виртуальногоанализа в оценке соответствия конструкций обеспечению требований безопасностиприпроектированииприближеннойавтодорог,инженернойприменениеоценкивлиянияполученныхрешенийпараметровБДОнадляихпотребительские характеристики.Для достижения поставленной цели в работе определены и решеныследующие основные задачи: путем критического обзорного анализа отечественных и зарубежныхнормативных документов, стандартов организаций-изготовителей БДО и на основенакопленного опыта по изучению характеристик различных БДО определен инаучнообоснованнеобходимыйпереченьосновныхпотребительскиххарактеристик, необходимых для оценки безопасности и качества этих устройств; разработаны и обоснованы типовые расчетные схемы основныхконструкций БДО и сформулированы требования к рациональным КЭ-моделямконструкций БДО, проведена валидация предложенных расчетных схем с учетомрасчетных КЭ-схем ТС на основе сравнения с результатами стендовых и натурныхиспытаний; численным анализом исследованы процессы деформации и разрушенияразличныхБДО(дорожныходносторонних,двухсторонних,мостовыхконструкций) с использованием экспериментальных данных по деформацииматериала и конструкций БДО; сформулированы и предложены технические требования и методыконтроля БДО и дополнительные рекомендации по правилам применения наавтодорогах; с использованием накопленной статистики по результатам натурных ивиртуальных симуляционных испытаний однотипных БДО обоснована методика6так называемого аналитического инженерного анализа, которая позволяетпроводить многофакторный эксперимент для оценки влияния различныхконструктивных параметров ограждения на его удерживающую способность вограниченном диапазоне изменения этих параметров;разработаны принципы и подходы к применению виртуальногосимуляционного анализа для оценки причин и последствий ДТП при наезде ТС наБДО разного типа с учетом дорожных условий и планировки дороги; разработана система и методика составления научно обоснованныхрабочих программ, включающих натурные и виртуальные испытания для оценкисоответствия группы БДО одного изготовителя требованиям ТР ТС присертификации, позволяющая существенно экономить расходы на доводку ивнедрение новых проектов автомобильных дорог.Объект исследования: дорожные удерживающие боковые барьерныеограждения (БДО).Предметисследования:применениевиртуальногосимуляционногоконечно-элементного анализа процессов наезда ТС на БДО с целью определенияпотребительских характеристик при проектировании дорожных удерживающихбарьерных ограждений и анализа их соответствия экспериментальным данным итребованиям безопасности; исследование влияния конструктивных параметровБДО на эффективность удержания ТС при наезде; разработка предложений поиспользованию виртуальных испытаний для анализа причин ДТП.Научная новизна исследования: на основе расчетно-экспериментальных исследований разработан методсимуляционного компьютерного анализа наезда транспортных средств на боковыебарьерные дорожные ограждения с использованием конечно-элементногомоделированиявысокоскоростныхдинамическихпроцессовсоударениядеформируемых тел; установлена область применения этого метода в форме виртуальныхиспытаний при сертификации дорожных барьерных ограждений;7 с использованием расчетного анализа на основе применения виртуальныхиспытаний различных конструкций определены преимущества и недостаткиосновных конструкций БДО; даны предложения по использованию вариантных виртуальных испытанийдля анализа возможных причин ДТП и предложена схема анализа ДТП, связанныхс наездами на ДО.Методы исследования: методикинатурныхистендовыхиспытанийсиспользованиемсовременных средств и методов измерений; конечно-элементное моделирование нелинейных динамических процессовударного взаимодействия деформируемых тел, материалов и конструкций сиспользованиемсовременногопрограммногокомплексаКЭанализабыстротекущих процессов (LS-DYNA).Практическая ценность работы состоит в следующем: разработана методика составления обоснованной и рациональнойпрограммынатурных,виртуальныхиспытанийдлягруппБДОодногоизготовителя, которая рекомендована для использования при прохождениисертификации по ТР ТС 014/2011 как изготовителям БДО, так и органам посертификации; на основании проведенных исследований сформулированы основныетехнические требования к БДО, необходимые для проектирования новыхконструкций; показанавозможностьиспользованияразработанногометодавиртуального симуляционного анализа для определения причин и анализапараметров ДТП с наездом ТС на БДО с учетом дорожных условий; проведенныеисследованияявляютсяосновойдляразработкинормативных отраслевых дорожных методик (ОДМ) и разделов ГОСТ потехническим требованиям, правилам применения и устройству дорожныхограждений.На защиту выносятся:8 аналитический обзор существующих конструкций БДО, нормативныхдокументов и анализ существующих методов расчетно-экспериментальногоисследования конструкций БДО; разработка и обоснование метода симуляционного моделирования наездаТСнаБДОпрограммного(виртуальныхкомплексаиспытаний),основанногоконечно-элементногонаиспользованиидинамическогоанализавысокоскоростных процессов соударения деформируемых тел; обоснованные рекомендации по проектированию БДО; предложения по применению виртуальных испытаний для сертификацииБДО и анализа ДТП.Апробация работы.