为研究出防撞等级为HA级的新型桥梁半刚性车辆约束系统(简称桥梁钢护栏),本文首先利用有限元方法,根据国内最新护栏安全性能评价标准中HA级的碰撞条件,创建初始设计桥梁钢护栏有限元模型,研究原设计桥梁钢护栏的安全储备问题,确定使用屈服强度为600Mpa的HQ70材料代替原设计护栏材料Q345来增强护栏的防护等级至HA级,其次,对基于混合元胞自动机算法的钢护栏立柱拓扑优化方法进行了研究,确定桥梁钢护栏立柱拓扑优化流程,应用基于混合元胞自动机算法的耐撞性拓扑优化方法,对桥梁钢护栏立柱进行了不同质量比约束下的拓扑优化分析,最终获得了近似“回”型护栏立柱拓扑构型;接着,对正交试验设计方法进行了研究,并用该方法对“回”型钢护栏立柱截面做了尺寸优化,最终确定四种工况下的最优截面尺寸组合,结合钢板厚度及允许公差标准,确定立柱各板厚的最大允许偏差值,创建新型桥梁钢护栏有限元模型,分别评价最厚尺寸立柱护栏和最薄尺寸立柱护栏的防护性能;最后,创新的提出一种卸载荷可移动式的连接方法,通过理论计算确定螺栓的安装个数,并对底座槽的强度进行了校核,分别创建25t客车、40t货车、55t鞍式列车与卸载荷可移动式护栏的有限元模型,分析在不同车型的撞击下,各立柱剪切螺栓的个数及底座槽的强度。通过研究得到的结论有:(1)岳阳洞庭湖二桥原设计桥梁钢护栏的安全储备不足,防撞等级达不到最高等级HA级,确定使用材料HQ70替代原材料Q345的方法来增强护栏的防护能力;(2)应用耐撞性拓扑优化方法获得了近似“回”型护栏立柱拓扑构型;(3)利用正交实验方法对立柱截面尺寸进行尺寸优化,获得最佳尺寸组合的护栏立柱,并对该护栏进行安全性能评价,结果表明:优化后护栏结构有很好的阻挡和导向功能,保证了车内乘员的安全性,大车在碰撞该护栏的过程中,最大外倾当量值都小于1m;(4)得到四种车型碰撞条件下各立柱剪切螺栓的分布情况。