浅谈高速公路中央分隔带混凝土护栏优化的试验

1 / 6 浅谈高速公路中央分隔带混凝土护栏优化的试验 高速公路中央分隔带混凝土护栏具有防撞能力强、导向功能好的特点，在交通量大的路段可大幅度地减少碰撞事故损失，同时养护和维修工作量小，节省养护费用。目前，我国普遍采用的波形梁护栏存在防护能力较低、横向变位大，常发生车辆冲越护栏闯入对向车道酿成恶性交通事故等问题；而已修建的混凝土护栏大多采用新泽西型护栏，该护栏存在导向功能上的缺陷，应用中翻车情况较多，外观也比较呆板。因此，有必要对高速公路中央分隔带混凝土护栏做进一步的研究，开发出一种适应我国高速公路建设发展 的安全可靠、经济实用、功能配套的中央分隔带新型混凝土护栏。 高速公路中央分隔带新型混凝土护栏经专家鉴定，认为该护栏具有安全可靠、较强的防撞能力和良好的导向功能，同时满足绿化、防眩等综合交通功能。下面就三期护栏设计和试验过程进行简要介绍。 第一期护栏结构主要是在调查分析国内外护栏研究应用的基础上，对某 I 型桥梁护栏进行改进形成的。护栏采用单方向受力主筋设计方案，即水平钢筋为受力钢筋 4 10，竖向钢筋为构造钢筋，护栏高度为 90段护栏长度 4m，基础设置支撑块，间距 4m，护栏段间采用传力杆 进行连接。 2 / 6 第二期护栏在第一期的基础上进行改进。护栏高度由一期的 90为 100 栏配筋方式改为双向配筋，竖向和横向钢筋均为受力钢筋；槽内支撑块间距由 4m 改为 2m。 第三期护栏在总结前两期护栏试验的基础上进行改进：改变配筋形式；护栏段间连接由传力杆改为方钢连接。论文参考。 2 1 护栏坡面改进及增设阻爬坎 课题组在新泽西型护栏坡面的基础上进行改进，最终确定优化型混凝土护栏的坡面结构形式。论文参考。通过采用动态数值模拟的方法进行分析，分析结果表明，小轿车碰撞护栏 时，新泽西型和改进型护栏均具有良好的导向功能，车辆均恢复整车形式状态，但在车体爬升高度上，新泽西型护栏坡面约是改进型护栏坡面的 2 倍，车体爬升可以消耗车辆的碰撞能量，起到缓冲的作用，但若车体爬升过大，容易造成内翻事故，为了保证乘员安全，决定采用优化型坡面。对增设阻爬坎模拟的结果，碰撞发生后车体最大爬升高度比较没有设置阻爬坎的情况降低了 60降低幅度为 5。 2 2 基础形式 护栏基础的支撑块的作用主要是约束护栏的横向位移和减少护栏变形。一期护栏采用间距为 4m 的支撑块，从试验的情况看，护 栏基础位置出现了竖向裂缝，说明护栏基础支持间距过大，造成护栏水平抗弯能力不足。为了确定护3 / 6 栏结构的支撑块布置方式。课题组通过重锤冲击试验，来考察 4 种不同支撑形式 (端头设置，间距 4m、端部和中部设置，间距 2m、满铺、距端部 1m 设置，间距 2m， )承受冲击作用的表现。试验结果表明在护栏端部设置支撑块，间距 2m 的护栏，在设计荷载作用下，没有明显的破坏，护栏能够将荷载传递到两端，并允许护栏具有一定变形范围，因此，综合考虑，该布置方式最佳。 2 3 护栏高度 护栏高度是护栏结构的一项重要参数。护栏高，对 于阻止车辆翻越有利，但是，会增加护栏的造价，加重混凝土护栏对乘员的压抑感，遮挡乘员的横向视线，降低乘车舒适性等。护栏矮，可以节省材料，但可能不足以有效地阻止车辆翻越，失去其防护功能。论文参考。第一期试验表明试验车辆 (大客车 )的侧倾角度较大，侧倾角大会使车体碰撞护栏一侧集中了车体全部荷载，造成车辆破坏严重，或由于侧倾角度过大而发生翻车。因此通过分析计算，第二期、第三期护栏高度改为 100 2 4 结构强度 第一期和第二期护栏结构强度均采用静力计算的方法设计。第一期碰撞试验护栏出现了大量的 竖向和斜向裂缝，局部出现了粉碎性破坏，说明护栏强度没有满足设计要求；通过对一期护栏强度重新设计，第二期试验的结果表明，4 / 6 护栏竖直钢筋最大应变远小于设计应变，钢筋远没有屈服，强度设计偏于保守。通过第一期和第二期护栏试验说明采用静力方法设计护栏，无法对护栏受力进行准确地分析。因此，第三期试验采用护栏的动力响应设计护栏结构。计算结果(第三期 )比较见表 1 2 5 护栏连接构件 采用传力杆连接能够将碰撞力传递到相邻护栏，护栏整体性较好，但碰撞后相邻护栏顶部易出现不连续情况 (顶部横向位移差 5右 )， 而且护栏在拼装更换时施工较为困难。因此，第三期护栏结构采用方钢连接。 课题组前后对三期结构设计的混凝土护栏结构进行了实车碰撞验证试验。并通过对试验数据进行分析，得到以下主要结论。 3 1 护栏的结构强度 第一期护栏碰撞试验表明，护栏的斜向裂缝较大，说明护栏的横向和竖向钢筋配筋不足，同时，由于支撑块间距偏大造成护栏抗弯能力不足，因此护栏强度没有满足设计要求；第二、三期护栏试验，护栏的整体变形较小，满足结构强度要求，但三期比二期结构设计钢筋节约用量，因此采用第三期结构强度设计。 3 2 护栏的导向能力 护栏具有较好的导向能力，所有碰撞试验车辆的驶出5 / 6 角度都很小，均远小于碰撞角度的 60，护栏能够较好地防止车辆在碰撞护栏后驶入对向车道。但第一期试验，大客车严重侧倾甚至翻车，说明护栏高度不足；护栏高度增加后的第二期、第三期护栏实车碰撞试验，碰撞车辆均未发生严重的侧倾或翻车，表明改进后护栏具有足够的安全储备。 3 3 乘员的损伤 三期护栏碰撞试验中，乘员所受纵向最大冲击加速度(10 毫秒平均值 )均小于 20g(g 为重力加速度 )，满足混凝土护栏安全评价标准的要求。 3 4 车辆的损伤 由于混凝土护栏的刚性较大，碰撞后车辆的损伤一般较大，大多数车辆的左前部车体均有不同程度的损坏和变形，主要体现在车辆保险杠、车前窗、前轴及车尾部的损坏。 3 5 护栏连接型式 通过实车碰撞试验结果分析表明，护栏预制段之间采用传力杆连接和方钢连接方式，均能有效地将碰撞护栏块的碰撞力传递给相邻护栏块。但采用传力杆连接方式容易出现护栏块连接处顶部出现错台，特别当碰撞点发生于连接处时，碰撞车辆很大概率在错台处发生严重碰撞事故，而采用方钢连接方式能很好的解决以上 问题，碰撞车辆能比较平顺地通过连接处。因此，项目采用方钢连接形式作为混凝土护栏的连接方式。 6 / 6 3 6 综合功能 项目还对护栏施工工艺、护栏下的管线布置、排水系统、养护工作、绿化、防眩等方面进行了研究。结果表明，该形式的护栏能很好地适应高速公路防撞安全及美观等功能上的要求。 本项目采用新的思路对护栏的结构形式、强度、结构连接方式等进行了优化研究，并通过实车碰撞试验验证，结果表明优化后的中央分隔带混凝土护栏，具有较强的防撞能力和较好的导向功能，各项评价指标均在容许范围之内，能够满足评 价标准的要求，且具有施工方便、满足绿化、防眩、易养护等综合功能，具备在我国高速公路上应用的条件。 1廖春芳，白书锋，钟梦武高速公路中央分隔带槽形混凝土护栏的开发研究 J公路， 2017， (1)