（交通运输规划与管理专业论文）高速公路交通安全设施系统设计与应用研究.pdf

摘要 高速公路交通安全设施系统在减轻事故的严重度，排除各种纵、横向干扰，提高公 路服务水平，提供视线诱导，改善道路景观等起着重要的作用。研究高速公路交通安全 设施系统的设计、应用以及评价，对于有效解决高速公路交通安全问题、合理配置社会 资源、促进社会和谐发展等有着重要的现实意义。 论文首先以宽容设计理念为出发点，详细阐述了高速公路护栏设施系统的实际应用 并结合实例对护栏的结构进行了验算；其次从指路标志、交通服务信息标志、公益性标 志、限速标志等几方面进行具体研究，建立具有一致性、连贯性、完整性的高速公路交 通标志系统；接着对交通标线材料的选择、减速标线和振动带的应用进行研究；并对隔 离设施系统、防眩设施系统以及视线诱导设施系统进行了应用探讨。论文将研究重点放 在新技术、新材料、新工艺、新产品的应用上，为相关单位选择应用安全设施型式提供 了一个参考平台，可以将先进的、合理的理念和产品运用到每条高速公路中去，保证了 高速公路的正常运营。 最后，论文提出了一种高速公路交通安全设施系统评价指标体系，并对各评价指标 进行分析，确定评价指标的评定标准及预处理方法，最后利用基于层次分析法( 趾 p ) 的模糊综合评价方法对高速公路交通安全设施系统进行评价。实际应用表明，该评价指 标体系可以较好地检验高速公路交通安全设施系统的合理性及有效性。 关键词：高速公路：交通安全设施系统：设计与应用；综合评价 a b s t r a c t t h eh i g h w a yt r a f f i cs a f e t yf a c i l i t i e ss y s t e mp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ea tg e t t i n gr i do f v a r i o u sd i s o r d e r s ，i m p r o v i n go nt h es e r v i c eo ft h eh i g h w a y ，l i g h t e n i n gt h es e i i o u sd e g r e eo f t h ea c c i d e n t ，p r o v i d i n gt h es i g h to fl e a d ，a n di m p r o v i n gv i e wo ft h er o a d ，e t c t h er e s e a r c ho n d e s i g n ，a p p l i c a t i o na n da p p r a i s a lo ft h eh i g h w a yt r a f f i cs a f e t yf a c i l i t i e ss y s t e m ，t h e r ea r e i m p o r t a n tr e a l i s t i cm e a n i n g si ns o l v i n gt h et r a f f i cs a f e t yp r o b l e mo ft h eh i g h w a y , d i s p o s i n g s o c i a lr e s o u r c e s ，p r o m o t i n gs o c i a lh a r m o n i o u sd e v e l o p m e n t ，e t c t h et o l e r a n t l yi d e ai sa st h es t a r t i n gp o i n t t h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o no fg u a r d r a i lf a c i l i t y s y s t e mo ft h eh i g h w a yi se x p l m n e d ，a n dt h es t r u c t u r eo ft h eg u a r d r a i li sc h e c k e di nt h et h e s i s s e c o n d l y ，c a l t yo nc o n c r e t er e s e a r c hf r o mt h es i g nt h a ts h o wt h ew a y ，t r a n s p o r ts e r v i c e s i n f o r m a t i o ns i g n ，p u b l i cb e n e f i c i a ls i g n ，l i m i tm a r kr a p i d l y , e t c ，s e tu pt h et r a f f i cs i g ns y s t e m o fh i g h w a yw i t hc o n s i s t e n c y , c o n t i n u i t y , i n t e g r a l i t y ；t h i r d l y ，r e s e a r c hf r o mc h o i c eo ft h e t r a f f i cm a r k i n gm a t e r i a l ，m o d e r a t em a r k i n g sa n dv i b r a t i o nm a r k i n g s ；f i n a l l y , r e s e a r c ho n i s o l a t i n gt h ef a c i l i t ys y s t e m ，d e f e n d i n gd i z z yf a c i l i t ys y s t e ma n ds i g h tt ol e a dt h ef a c i l i t y s y s t e m t h i st h e s i sp l a c e st h ei m p o r t a n c eo nt h ea p p l i c a t i o no fn e wt e c h n o l o g y , n e wm a t e r i a l ， n e wc r a r ，a n dn e wp r o d u c t s t oo f f e ro n ef o rc h o o s i n gp l a t f o r mt ou s et h ep a t t e r no ft h e t r a f f i c ss a f e t yf a c i l i t i e ss y s t e m ，a p p l yt h ea d v a n c e d ，r a t i o n a li d e aa n dp r o d u c t st oe a c h h i g h w a y ；p r o v i d ep r o t e c t i o nf o rs a f ed r i v i n go ft h eh i g h w a y t h i st h e s i sw i l lp r o p o s et h eh i g h w a yt r a f f i cs a f e t yf a c i l i t i e ss y s t e me v a l u a t i o ni n d e x s y s t e m ，a n da n a l y s e st oe v e r ye v a l u a t i o ni n d e x ，a n dc o n f i r mt h ec r i t e r i af o re v a l u a t i o no f t h e e v a l u a t i o ni n d e xa n dp r e t r e a t m e n tm e t h o d ，u t i l i z et h em e t h o do ff u z z yc o m p r e h e n s i v e a p p r a i s a lb a s e do na h p t o a p p r a i s et o t h i s s y s t e mf i n a l l y p r a c t i c a la p p l i c a t i o ni n d i c a t e s e v a l u a t i o ni n d e xi sr a t i o n a l i t ya n dv a l i d i t y k e yw o r d s ：h i g h w a y ，t h et r a f f i ce n g i n e e r i n gf a c i l i t ys y s t e m ，d e s i g na n da p p l i c a t i o n ， c o m p r e h e n s i v ea p p r a i s a l i i i 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 敝作者虢却乃槛砌譬年5 月彳日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：酬乃 导师签名：夏遣军 曰 日 彳叼， 月 月 s l 1 年 年 髟 晒 砌 加 长安大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 近年来，我国高速公路交通运输基础设施系统得到了前所未有的发展，汽车保有量 迅猛增加，但随之而来的交通安全问题成为了一个比较严重的社会问题。根据统计资料， 交通事故不仅造成社会财富的极大浪费，威胁着人们的生命安全，同时也对社会的安定 团结产生一定的消极影响。为了有效的减少高速公路交通事故，只重视其本身几何构造 的设计是不够的，还必须合理设置配套的交通安全设施系统。 高速公路交通安全设施属于高速公路的基础设施，包括护栏、交通标志、交通标线、 隔离设施、防眩设施、视线诱导设施等，它对减轻事故的严重度，排除各种纵、横向干 扰，提高公路服务水平，提供视线诱导，改善道路景观等起着重要的作用，特别是对充 分发挥高速公路安全、快速、经济、舒适的功能，具有特殊的意义。 高速公路交通安全设施系统设置的目的是“以人为本 ，强调驾驶人的失误不应以 生命为代价，同时安全设施系统本身应与周边环境相协调，成为美化公路路容的重要因 素。为实现此目标，高速公路交通安全设施系统的设计应在充分尊重高速公路及所在路 网的道路条件、运营环境及对高速公路使用者需求进行分析的基础上，采用“灵活、宽 容、创作 的设计理念，使高速公路交通安全设施系统的设计更具有针对性、合理性和 观赏性。因此，高速公路交通安全设施系统设计与应用研究，对于有效解决高速公路交 通安全问题、合理配置社会资源、促进社会和谐发展等有着重要的现实意义。 1 通过进行高速公路交通安全设施系统设计与应用研究，使安全设施系统的设计 与应用和高速公路沿线的环境相和谐，并在此基础上使其工程造价达到最优化。 2 通过进行高速公路交通安全设施系统设计与应用研究，在提供高质量高速公路 基础设施的同时，努力消除高速公路自身的交通事故隐患，为高速公路交通安全提供有 效的安全保障。 3 本研究在“灵活、宽容、创作 的设计理念下，考虑美学、景观、历史与文化 等背景，在对护栏、交通标志、交通标线等安全设施系统进行设计与应用研究的过程中， 在多个方面进行创新与突破。 综上所述，本文的研究既有理论方法的探索，又与当前我国的交通安全现状紧密结 合，其研究成果具有重要的理论意义和实用价值。 第一章绪论 1 2 国内外研究概况 1 2 1 国外研究概况 世界各国尤其是工业发达国家，对公路交通安全设施的开发研究及其应用非常重 视，不断推出了形式多样、经济美观、性能优良和安全适用的新产品，并制定了相应的 公路交通安全设施设计规范，以满足交通运输发展对安全设施的需求，值得我们借鉴。 1 美国【1 。】 美国是世界上高速公路里程最长的国家，其配套的公路交通安全设施相当齐全，公 路交通安全设施研究十分成熟，并制定了一些公路交通安全设施设计规范。经过几十年 的不断发展，美国在公路上已经建立了系统成熟的公路交通安全设施系统。 ( 1 ) 护栏 1 9 6 7 年，美国公路研究委员会( h i g h w a yr e s e a r c hb o a r d ) 发表了一个关于护栏、 路障、标志立柱的研究报告，收录了许多波形梁护栏、新型公路护栏和护栏支撑开发测 试的论文。其中设定的波形梁护栏的基准高度和立柱间距，现在仍在沿用；g l e n n o n 设 计的保护路堤的护栏应用现在仍然使用；g r a h a m 在护栏理论和试验领域进行了广泛的 研究，制定了一些新型护栏的设计准则，包括：强梁弱柱护栏、中央分隔带护栏、桥梁 护栏系统、缆索护栏等。 1 9 7 1 年，n c h r p 发表了一个报告公路交通护栏的设置、选择和维护，对当时 所有护栏系统进行系统综合，包括使用条件、维护条件、性能标准等，其中还有纵向护 栏和防撞垫。 1 9 7 7 年，a a s h t o 出版了交通护栏指南( g u i d ef o rs e l e c t i n g ，l o c a t i n g ，a n dd e s i g n i n g t r a f f i cb a r r i e r s ，a a s h t o ，1 9 7 7 ) ，指南详细阐述了交通护栏问题，其目的在于总结当时关 于护栏的基本理论并提出护栏设立的明确指导。主要内容包括：护栏的设置条件，护栏 的类型，护栏强度、安全性和可维护性，护栏选择步骤，护栏安装方法，护栏尺寸和几 何形状等。指南还提出成本效益分析程序和护栏设计方法论。 2 0 世纪八十年代除了继续研究护栏外，美国研究人员开始注意路边邮筒和路侧排水 系统对路侧安全的影响，其研究成果仍在美国使用。 1 9 8 8 年，a a s h t o 路侧安全特别工作组提交了路侧设计指南，此指南更新并取代 了1 9 7 7 年版护栏指南。除了7 7 年版的内容以外，此升级版本还包括了：路侧安全与经 济、路侧地形与排水设施结构、标志和照明支撑以及维修工作区的安全附属设施等内容。 2 长安大学硕士学位论文 1 9 9 1 年，美国运输研究报告( 1 3 0 2 号) 报道了一种新型水泥混凝土护栏一单斜坡 混凝土护栏，它采用单斜坡结构，提高了碰撞性能，相对于新泽西结构护栏来说，特别 适合小型汽车。这种护栏的第二个优点在于：邻接面重合，摆放时无需重复校正。 关于护栏试验验证与开发，美国是开展这方面研究工作最早、最深入的国家，从1 9 2 0 年起就开始进行护栏的研究，几乎每个州都建有大型实车碰撞试验场，配备有先进的测 试仪器设备。从1 9 6 2 年开始，在美国联邦公路管理局支持下，美国公路联合会组织全 美相关的科研机构、高等院校、国家及各州的有关政府职能部门，开展了规模庞大的全 国高速公路合作研究计划( n m i o n a lc o o p e r a t i v eh i g h w a yr e s e a r c hp r o g r a m 简称 n c m 冲) ，在理论分析、模拟试验和数值计算的基础上，通过大量的实车足尺实验，对 多种护栏形式、护栏过渡结构、护栏端头、桥梁护栏、缓冲装置等安全系统进行了系统、 深入的研究，制定出一系列护栏形式选择、结构设计、实验验证的标准化程序以及生产 制造、运输安装和维护的规范和标准。美国最新资料 n c h r pr e p o r t3 5 0 给出了6 种 护栏等级与评价标准及其实验程序，并规定各种道路上使用新型护栏都必须按照3 5 0 报 告规定的等级和程序进行实车碰撞实验验证其防撞能力后，才允许在实际工程中应用。 新型公路安全设施的开发、安全设施效果评价及安全设施经济性指标评价仍然是当 今美国交通界的研究热点。例如a t a b i e i 和l c b a n k 等人开展了新型复合材料护栏的 研究，对纤维加强型聚合物复合材料护栏进行了理论建模和试验研究，验证了新型护栏 的安全性；r u n ee l f i k 等人以实际统计数据为基础，对半刚性护栏、刚性护栏及防撞垫 等安全防护设施在提高道路安全性方面的效果进行了研究，给出了各种安全设施的优缺 点和选择建议；j o h nd r e i d 等人利用非线性有限元方法进行了道路护栏末端形式的优 化设计，进行了建模仿真，通过仿真结果与实车碰撞结果的对比，验证了计算机辅助设 计方法的有效性，为后续新型护栏的设计及开发奠定了基础；l a w r e n c ec b a n k 等人利 用有限元分析软件和实车足尺试验，对波形梁护栏的安全性进行了研究和评价；j a m e sh l a m b e r t 及r u n ee l v i k 等人分别对护栏设置的经济性评价方法及安全政策制定的费用一 效益分析方法进行了研究，从经济性角度为道路安全设施的研究及改进提供了决策的依 据。这些研究工作表明，公路交通安全设施研究仍然有许多尚未解决的问题，还需要开 展更加深入细致的研究工作。 ( 2 ) 标志 在美国各州的高速公路或干线公路上，固定式标志牌的设置相当规范，且大方、气 派、现代化程度高。普通指向标志牌为统一的玫瑰绿底色，字体和图案为白色，加一个 3 第一章绪论 白色的边框，均采用反光涂料。限速、弯道类标志牌为橙黄底色，黑字或黑图案。禁行 类标志牌采用红底白字。高速公路标志牌的支承结构多采用型钢焊接或联接，在8 1 2 车道的高速公路上多为门架式，在中央分隔带设置“t 字型双悬臂结构，在车道少的 地段也采用倒“l ”型结构。立柱一般用钢管制作，横档采用桁架式构造。 1 9 1 8 年，威廉康辛州的公路都按体系予以标记，并有地图标明路号。这个州首先 决定了路标的形状，采用搪瓷薄板路标，以轻质柱子支撑。 1 9 2 4 年，美国公路协会倡导联邦统一道路体系，建立“路标统一规划，并建议采 用统一标志设施。1 9 2 7 年，当时属于美国农业部的公用道路局颁发了农村公路手册。1 9 2 9 年又有街道及公路安全全国会议颁发了城市道路手册。1 9 3 5 年，上述两个手册合并为第 一个统一交通管理设施手册( t h em a n u a lo nu n i f o r mt r a f f i cc o n t r o ld e v i c e s ) ，即美国标 志、标线标准，简称m u t c d 。这个手册几经修订，交通标志标线的标准也随之不断完 善，至今已发行7 版( 不含修订) ，2 0 0 3 年出版了m u t c d 最新版本。 m u t c d ( 2 0 0 3 ) 中的第二章的主题是“标志 ，内容涉及标志的功能、目的、定义、 分类、设计规范、逆反射系数规定，以及标志的形状、颜色、尺寸、符号、字母、设置 规范和养护等内容，并针对各类中的每一种标志分别进行了详细的说明。 作为m u t c d 的补充，美国运输部联邦公路局还颁布了标准公路标志( s t a n d a r d h i g h w a ys i g n s ) ，简称s h s ，最新版本为2 0 0 2 版，分公制和英制两种。其对m u t c d 第二章中以设计图的形式具体规定了m u t c d 中提到的1 l 类标志的颜色、尺寸、几何 参数、背部支撑结构等。 ( 3 ) 标线 美国对标线设计不仅重视其使用寿命和外观，而且对标线的性能指标要求很高，特 别强调标线的逆反射性能、视认性、防粘污性和防滑性以及通过标线时车辆的平顺性等， 美国的联邦高速公路协会( f h w a ) 于2 0 0 0 年颁布新的标线法规，用计算机辅助的道 路标线能见度测定仪来评定标线的能见度，并明确规定了标线的逆反射性能的最低要 求，同时有3 2 个州参与了对各种标线材料和路面分类评定的研究。 ( 4 ) 其他 在美国公路上推广使用的防眩板主要是由金属和聚合材料制成的遮光板，它们质 轻，易于运输和使用方便。这种防眩板的安装和使用较大的降低了美国高速公路的交通 事故率。 2 欧洲【1 卅 4 长安大学硕士学位论文 欧洲公路起步很早，建立了密如蛛网的高速公路、干线高速公路和一般公路，纵横 交错地覆盖欧洲各国的每一个角落。因此，欧洲各国的公路交通安全设施更趋向于国际 化，其适用性很高。 ( 1 ) 护栏 欧洲各国如法国、俄罗斯、意大利、德国等国家在上世纪六、七十年代相继开展了 有关公路安全护栏方面的研究工作，从理论和实验上研究了多种类型的护栏结构，建立 健全了一整套的实验设施和相应的实验规程，研究和开发了适应各自国情的护栏结构， 并在不断更新、改进。 ( 2 ) 标志 1 9 0 9 年，机动车辆国际统通会议在巴黎举行。会议通过了四个道路标志，描述当时 有代表性的四种道路危险：颠簸、转弯、十字路口即铁道交叉或立体交叉，很多欧洲国 家批准了这次会议结果。 1 9 2 6 年，在巴黎汽车交通公约提出了道路标志统一体系。这个体系只有六个标志， 对颠簸道路和转弯作了图示，也采用了三角形作为危险警告标志的国际标准。 第二次世界大战之后，汽车交通越来越超出国界的限制向外发展，由于各国道路标 志标线的不统一，给跨国出行的司机带来很大的不便。许多国际组织，如国际路协 ( p n r c ) 、国际路联( 强) 以及原社会主义国家的铁路合作组织的第十一专门会议( 公 路) 均对此进行过一些研究工作，制订了国际的或地区的统一标志。1 9 4 9 年，联合国曾 提出了一个新的道路标志公约，这个公约制定了5 0 个以上的道路标志，当时大约有3 0 个国家签字。1 9 5 3 年联合国通过了以欧洲模式为基础的“道路标志及信号议定书”，当 时有6 8 个会员国签字。1 9 6 8 年1 0 月又在维也纳召开联合国道路交通会议，并以联合国 大会通过的“道路标志与信号协定，向各成员国推荐。联合国的这套推荐标准，规定 了道路标志的分类、形状、颜色，提高了标志本身的功能；在图形符号设计上，做到形 象、含义明确、易记难忘，在心理上产生更好的效果。 ( 3 ) 标线 欧洲于5 0 年代中期就开发成功了热熔标线涂料，发展初期多用于市区繁忙路段， 由于其线形美观、经久耐用等优点，很快在欧洲发展起来。但是由于不易施工，修补困 难及人工费用高等缺点，近年来逐渐被新产品所替代，如双组分标线涂料、水性标线涂 料、预成型标线带等。新制定的欧洲道路标线标准将标线分为i 型和i i 型，i 型标线为 传统标线，i i 型标线指雨夜及潮湿环境下能反光的凸起型标线。欧洲现正大力推荐使用 5 第一章绪论 i i 型标线，尤其在瑞士，9 0 采用此种标线，所用的标线涂料为双组分。 ( 4 ) 其他 线形诱导标志在欧洲的山区高速公路、立交匝道，甚至城郊高速公路上，使用极为 普遍，而且设计新颖，构造特别，很好地解决了山区高速行车的安全问题，还考虑了与 环境的配合，是山区高速公路上所特有的景观。 在西欧道路上常用不透光或半透光的整块塑料平板作为防眩的遮光板，它横向固定 在中央分隔带的栏柱上。这些平板由聚醚树脂、强化玻璃纤维或尼龙线状物制成。 3 日本 日本各地都统一执行国家制定的交通安全设施规范。日本由于国土狭小，道路较窄 且大部分建筑物离路侧较近，沿线道路设施密度大等特点，使其更注重于开发经济实用 的公路交通安全设施。 ( 1 ) 护栏 日本于1 9 6 5 年开始进行公路护栏的研究，1 9 7 3 年在实验研究的基础上制订了第一 部护栏设置纲要。1 9 9 8 年4 月，日本道路协会颁布实施了护栏设置的新标准。新标准适 应国际车辆大型化的发展趋势，强调防止重大伤害事故的重要性，提高了护栏的防护标 准，将高危险路段护栏的碰撞能量由2 3 0 k j 提高到4 2 0 k j 和6 5 0k j ，并增加了危险路段 的等级。2 0 0 0 年3 月最新颁布的车辆用防护栏标准与解说中规定：“为了保证护栏 性能的确定性，原则上要进行实车碰撞实验才行”。日本到目前为止所开发的护栏都是 经过实车碰撞实验方法确认了的，满足上述性能( 评价标准) 要求的“标准型”护栏。 ( 2 ) 标志 日本高速公路标志牌比美国的要精致小巧，这与其公路车道不多，占地受限有关。 日本普通型指向标志牌的底色与美国相同。大字体均为汉字地名，在每行汉字下边有小 一号的对应英文字。标志牌支撑结构较之美国精巧、漂亮。多数门架式支撑仍采用圆管 立柱，用细钢管或型钢焊接成横向桁架式。倒“l 型支撑架多由圆钢管立柱与横档组 合而成，显得简洁实用。 日本的道路标志于大正1 1 年( 1 9 2 3 年) 由内务省制定出正式文件实施，昭和1 7 年( 1 9 4 2 年) 正式制定新的道路交通法，并发布了有关道路标志的命令。随着公路运输 的发展，交通的高速化倾向已非常明显，对道路交通标志的数量、易读性、醒目度等要 求有了很大的提高，为此，对道路标志标准进行了多次的修改。 禁令、警告类标志的形状、颜色、图形符号尽量简明易懂。 6 长安人学硕士学位论文 加大标志牌尺寸，新标准可以根据设置的地点需要，把尺寸从1 2 2 倍进行扩 大。 尽量减少辅助标志。 在昭和3 8 年( 1 9 6 3 年) 1 1 月修改标志法令中增加了满足高速公路使用要求的 指路标志。 在昭和3 9 年( 1 9 6 4 年) 对指路标志的走向、目的地、距离等表示方法进行了 统一化，在指路标志中直接采用道路编号。 近一次修订是1 9 8 6 年完成的，并在1 9 9 1 年补充高速公路指路标中版面设计。 3 ) 标线 日本于1 9 5 8 年在东京警视厅的倡导下，从欧洲引进了热熔标线涂料的生产技术， 率先在亚洲开始使用。现在日本路面使用热熔标线涂料，路面也使用加热喷涂型及双组 分涂料。 1 2 2 国内研究概况 我国对交通安全设施的系统研究开始于2 0 世纪8 0 年代，初期主要结合我国国情和 道路特点，对交通安全设施的材料、结构形式和设计原则等展开了全面的研究。近年来， 我国的公路安全设施在研究和实践上都取得了一定的进步，广大科研机构不断致力于新 材料、新技术的开发应用，同时也加强了相应设施的检测技术的研究工作。 ( 1 ) 护栏 我国在护栏的设计开发方面，交通部公路科学研究所从1 9 8 4 年开始对波形梁护栏 进行了系统的研究，根据我国的护栏设计条件，提出了适合我国国情的护栏结构形式。 该结构采用厚度3 m m 的深波纹横梁，z 字形开口型钢立柱的形式，从1 9 8 9 年起在全国 推广应用。但随后几年在高速公路的工程实践中发现，z 形柱强度太弱，不利于行车安 全，故交通部公路司于1 9 9 4 年5 月下令停止使用波形梁护栏z 形柱。 1 9 9 2 年前后，中国公路工程咨询监理总公司组织有关人员对全国已通车的高速公路 护栏的使用情况作了调查，据此拟定了“波形梁护栏实车碰撞试验方案”，经交通部公 路司批准，公司联系了近十个单位组织了近百人的实验研究课题组，进行了一年多的工 作，完成了我国第一次实车足尺碰撞试验的研究任务，建立了一整套实验方法和设施， 紧接着公司又承担了“玻璃钢护栏的实验研究 工作，并通过分析、计算和实验圆满地 完成了这项工作。1 9 9 2 年底，交通部公路科学研究所在总结全国护栏实际应用经验的基 7 第章绪论 础上，推出了新型的变截面波形梁护栏结构形式，该结构横梁采用变截面形式，搭接处 结合紧密，使高强螺栓的性能得以充分发挥，保证了横粱的连续梁作用，并使线形更加 顺适美观，造价降低。该结构形式己应用于首都机场和成渝高速公路，并作为我国公路 护栏的基本结构形式列入交通行业标准，在全国推广应用。 1 9 9 7 年，交通部公路科学研究所开发了可用于高速公路设施碰撞研究的试验手段， 为防撞护栏的试验研究创造了良好的条件。2 0 0 0 年以来，北京深华达交通工程技术开发 有限公司在昌平修建了大型车辆碰撞实验场，针对高速公路建设上的实际需要，系统地 开展了新型安全护栏的实验研究，先后开发了高防撞能力的桥梁混凝土护栏、陡崖峭壁 危险路段座椅式护栏、弯道混凝土护栏、中央分隔带槽形混凝土护栏、协作式混凝土基 础三波梁护栏以及防撞型活动护栏等，并已在生产上推广应用。 虽然我国的安全护栏在研究和实践上都取得了一定的进步，但从整体水平上与国外 相比仍然存在很大的差距，主要表现为：其一，虽然我国高速公路上已经安装了各种结 构形式的护栏，但其设计基本都是参照国外的有关标准和规范进行的，缺乏实验过程和 技术数据，继续的改进和进一步设计较为困难；其二，以我国的具体情况为基础，对适 合我国国情的新型公路安全护栏的试验及开发研究不够，没有为我国公路安全护栏设计 积累必要的技术数据。 ( 2 ) 标志 建国以来，我国的道路标志、标线规范经历了五次制定和修编。1 9 5 5 年，公安部 发布了城市交通规则，将交通标志共分为三类2 8 种。1 9 7 2 年交通部、公安部联合发 布了交通规则，将交通标志分为警告标志、禁令标志和指示标志三类，共3 4 种。1 9 8 0 年代初，交通部颁发的公路标志及路面标线标准( j tj 0 7 2 8 2 ) ，将交通标志分为警 告标志、禁令标志、指示标志、指路标志和辅助标志五类共1 0 5 种，但只适用于公路， 一些大城市为了交通管理需要，自己制定了适合当地的交通标志图案式样。此后各大城 市分别制定了道路交通管理和暂行规则。直到1 9 8 6 年，交通部组织编制完成了第一个 全国统一的g b 5 7 6 8 1 9 8 6 道路交通标志和标线国家标准，这是在综合分析国外标准 和有关研究成果的基础上，结合我国道路交通特点，通过针对性的对比、验证和调查评 比而完成的，既具有中国特色、又向国际标准靠拢，此时交通标志的运用才走向规范化。 此标准适用于公路、城市道路，以及矿区，港区，林区、场( 厂) 区道路，使全国实现 了统一的交通标志和路面标线。随着社会进步和发展，交通系统的复杂程度日益加剧， 人们对交通标志的技术不断提出更高的要求。为此，标准编制组总结了我国公路交通标 8 长安人学硕士学位论文 志设计、施工、制造、检验等方面的经验教训，同时广泛收集和了解各发达国家近十几 年来在道路交通标志方面研究的新动向，经过征求众多意见和反复修改，于1 9 9 9 年重 新公布了g b 5 7 6 8 1 9 9 9 道路交通标志和标线新标准，将标志分为主标志和辅助标志 两大类，共有3 2 7 种。 交通部于2 0 0 6 年颁布了推荐性行业标准公路交通安全设施设计规范( j t g d 8 1 2 0 0 6 ) 、公路交通安全设施设计细则( j t g td 8 1 2 0 0 6 ) 。另外，针对国家高速公 路交通标志现状问题，交通部于2 0 0 7 年7 月发布了国家高速公路网命名和编号规则 ( j t g a 0 3 2 0 0 7 ) ，同年9 月发布了国家高速公路网相关标志更换工作实施技术指南 ( 2 0 0 7 年第3 0 号公告) ，标志着我国加快了对高速公路交通标志的系统化、数字化、信 息化、人性化研究的步伐。 目前国内外交通工程领域对交通标志的研究，大多还局限在对标志外观尺寸、颜色 搭配、信息表述形式以及设施结构等方面，如驾驶人个人特性与交通标志视认性之间的 关系，但鲜有从人机工程学和交通流理论的角度去分析各类交通标志的。在交通标志效 果分析上，局限于实地观测与调查统计，往往要花费大量的人力、物力和财力，在有些 情形下是危险的甚至是不可能的，缺乏有效的交通标志人机效率度量方法。 ( 3 ) 其他 在规范方面，为适应公路建设可持续发展的需要，交通部决定对1 9 9 4 年实施的高 速公路交通安全设施设计及施工技术规范( j t j0 7 4 9 4 ) 进行修订。2 0 0 6 年7 月7 日， 交通部发布了公路交通安全设施设计规范( j t gd 8 1 2 0 0 6 ) 、公路交通安全设施设 计细则( j t g 厂rd 8 1 2 0 0 6 ) 与公路交通安全设施施工技术规范( j t gf 7 1 2 0 0 6 ) 等。 2 0 0 7 年又颁布实施了多项新的规范，具体见下表1 1 所示： 表1 1 我国现行或正在制定、修订中的公路交通安全设施相关技术标准、规范 标准 号标准名称 j t ga 0 3 2 0 0 7国家高速公路网命名和编号规则 交通部2 0 0 7 年 国家高速公路网相关标志更换工作实施技术指南 第3 0 号公告 n n4 5 7 2 0 0 7 公路三波形粱钢护栏 h 及2 8 1 2 0 0 7 公路波形梁钢护栏 n r6 7 4 2 0 0 7 玻璃珠选形器 9 第一章绪论 j t q 6 7 5 2 0 0 7道路交通标线涂层湿膜厚度梳规 j t g d 8 0 2 0 0 6高速公路交通工程及沿线设施设计通用规范 j t gd 8 1 - 2 0 0 6 公路交通安全设施设计规范 j t gf 7 1 2 0 0 6公路交通安全设施施工技术规范 j t g 厂rd 8 1 2 0 0 6公路交通安全设施设计细则 j t t 5 2 8 2 0 0 4公路边坡柔性防护系统 n 及4 9 5 2 0 0 4 公路交通安全设施质量检验抽样及判定 j t 1 2 7 9 2 0 0 4 公路交通标志板技术条件 n n 2 8 0 2 0 0 4 路面标线涂料 n 氕5 9 3 2 0 0 4 公路沿线设施塑料制品耐候性指标及测试方法 j t 厂r 5 9 4 2 0 0 4 公路沿线设施太阳能供电系统通用技术规范 n 几5 9 5 2 0 0 4 锥形交通路标 j t 厂r 5 9 6 2 0 0 4 公路防撞桶 j t ，t 5 9 8 2 0 0 4 塑料防眩板 j t 厂r 5 9 9 1 2 0 0 4公路用玻璃纤维增强塑料产品通则 j t 厂r 5 9 9 2 2 0 0 4公路用玻璃纤维增强塑料产品防眩板 j t 厂r 6 0 0 1 2 0 0 4公路用防腐蚀粉末涂料及涂层通则 n 及6 0 0 2 2 0 0 4公路用防腐蚀粉末涂料及涂层热塑性聚乙烯粉末涂料及涂层 j 1 6 0 0 3 2 0 0 4 公路用防腐蚀粉末涂料及涂层热塑性聚氯乙烯粉末涂料及涂层 j t 厂r 6 0 0 4 2 0 0 4 公路用防腐蚀粉末涂料及涂层热固性聚酯粉末涂料及涂层 j g l6 0 2 0 0 4 混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓 j t g d 6 2 - 2 0 0 4 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 j t g 厂r d 7l - 2 0 0 4公路隧道交通工程设计规范 h j t 9 0 2 0 0 4声屏障声学设计和测量规范 j t g 厂rf 8 3 - 0 1 2 0 0 4高速公路护栏安全性能评价标准 j t g 厂rf 8 0 l 一2 0 0 4公路工程质量检验评定标准( 土建j = 程) j t g 厂rb 0 5 2 0 0 4公路项目安全性评价指南 j t t 4 9 2 2 0 0 3道路预成形标线带 j t g b 01 2 0 0 3公路工程技术标准 1 0 k 安大学硕上学位论文 j t 厂i 4 9 3 2 0 0 3 公路作业人员反光服 j g j 9 5 2 0 0 3冷轧带肋钢筋混凝十结构技术规程 g b 厂丁18 8 3 3 2 0 0 2公路交通标志反光膜 j t 厂r 4 4 6 2 0 0 1路面标线用玻璃微珠技术条件 g b 厂n8 2 2 9 2 0 0 0 c a d 工程制图规则 g b 广r18 2 2 6 2 0 0 0高速公路交通工程钢构件防腐技术条件 g b5 7 6 8 1 9 9 9道路交通标志和标线 h 疆3 8 8 1 9 9 9轮廓标技术条件 j t , r r 3 9 0 19 9 9突起路标 g b , r r 8 1 6 2 1 9 9 9结构用无缝钢管 j t , r r 3 7 4 1 9 9 8 隔离栅技术条件 g b l 4 9 9 1 9 9 8钢筋混凝土用热轧带肋钢筋 g b t 3 8 8 0 1 9 9 7铝及铝合金轧制板材 g b 厂1 4 7 0 1 9 9 7锌锭 g b , t r l 6 3 11 1 9 9 6 道路交通标线质量要求和检测方法 y b 4 0 8 1 - 9 2 护栏波形梁用冷弯型钢 1 3 本文研究的主要内容及技术路线 对于高速公路交通安全设施系统的研究，世界各国尤其是工业发达国家不断推出形 式多样、经济美观、性能优良和安全适用的新产品，以满足交通运输发展对安全设施的 需求。目前，高速公路交通安全设施系统的应用正朝着国际统一化和新型材料的研究应 用方向发展。本文在全面分析高速公路交通安全设施系统应用的基础上，拟在几方面的 内容研究上有所改进、创新和突破，论文研究的主要内容归纳如下： 1 本文第二章将以宽容设计理念为出发点，详细分析了波形梁护栏端部处理的优化 方法以及新型护栏钢背木护栏的结构型式和实际应用情况；随后介绍了几种在实际中应 用到并可广泛推广的护栏型式；提出了两种新型的活动护栏，这两种护栏型式可以作为 传统活动护栏的升级换代产品；最后结合实例对护栏的结构进行了验算。 2 本文第三章在参考新出版的国家高速公路网命名和编号规则的前提下，从指路标 第一章绪论 志、交通服务信息标志、公益性标志、限速标志等几方面进行具体研究，建立具有一致 性、连贯性、完整性的高速公路交通标志系统。 3 本文第四章着重对交通标线材料的选择，减速标线和振动带在高速公路上的设置 和具体应用进行应用研究。 4 本文第五章着眼点仍放在新技术、新材料、新工艺、新产品的应用上，阐述了隔 离设施，防眩设施以及视线诱导设施的实际应用。 5 本文第六章将提出高速公路交通安全设施系统评价指标体系，并对各评价指标进 行分析，且确定评价指标的评定标准及预处理方法，最后利用基于层次分析法( a h p ) 的模糊综合评价方法对该系统进行评价。实际应用表明，此评价指标体系可以较好地验 证出高速公路交通安全设施系统的合理性及有效性。 本文整体研究技术路线如图1 1 ： 图1 1 本文技术路线图 1 2 长安大学硕十学位论文 第二章高速公路护拦设计与应用研究 近年来，随着高速公路交通运输的飞快发展，交通事故的发生不可避免。美国 ( r o a d s i d ed e s i g ng u i d e ) ) 中认为，不管车辆驶离道路的原因如何，如果路侧无固定障碍 物，边坡平缓，则事故的严重度会大大降低。而实际上由于自然条件、高速公路用地及 工程费用等原因，很多情况下路侧条件很难达到这一要求。因此，在不能将路侧障碍物 移除的路段以及高填方陡坡路段或存在危险的路颦路段合理设置路侧护栏，对于防止车 辆驶出道路，降低翻车或碰撞障碍物事故发生的概率十分重要。 通过调查研究，设计单位都能够根据公路交通安全设施设计规范( j t gd 8 1 2 0 0 6 ) 进行高速公路护拦的设计。但是随着护栏的新产品，新技术不断研发，以及国外新科技 的逐步引用，只根据设计规范进行护栏的设计还存在需要完善的地方。本章着重介绍高 速公路交通安全设施系统的各种新理念和新产品的应用。 2 1 概述 2 1 1 护栏功能 护栏是高速公路交通安全设施的重要组成部分，在防护失控车辆碰撞事故中起着重 要作用，有效地减少了恶性事故的发生。合理设置护栏不但可以减少交通事故，降低事 故的严重程度，还可以诱导行车视线。具体说来，正确设计、合理设置的护栏可以实现 以下功能： ( 1 ) 能防止车辆越出路外，坠入深沟、湖泊等，也防止车辆碰撞到路侧危险物， 保护路外建筑物的安全，确保行人不致受到重大伤害；能阻止失控车辆穿越中央分隔带 闯入对向车道。 ( 2 ) 有时护栏能使车辆回复到正常行驶方向。车辆碰撞护栏的运动轨迹应能圆滑 过渡，以较小的驶离角和较小的回弹量停留在不影响车辆正常行驶的地方，不致发生二 次事故。 ( 3 ) 一旦失控车辆与护栏发生碰撞，对驾驶人和乘客的损伤应不至于太严重，要 求护栏具有良好的吸收碰撞能量的功能，也要求碰撞时的加速度小于2 0 9 。 ( 4 ) 能诱导驾驶人的视线，使驾驶人清晰的看到道路的轮廓及前进方向的线形， 增加行车的安全性，使道路更加美观。 1 3 第- 二章高速公路护栏设计与应用研究 2 1 2 护栏型式选择 1 一般路段护栏的型式选择 护栏型式的选择，应针对具体情况充分比较各种护栏的性能，分析行驶安全感、压 迫感、视线诱导、嘹望的舒适性，考虑与公路周围环境的协调，并结合经济性、施工条 件及养护维修等因素，在综合分析的基础上确定。 根据碰撞后护栏的变形程度，护栏可分为刚性护栏、半刚性护栏和柔性护栏。其主 要代表型式分别为混凝土护栏、波形梁护栏和缆索护栏。钢背木护栏属于半钢性护栏的 一种，它外观比较赏心悦目，通过在实木梁、柱内设置钢板或型钢材料来增加抗拉强度。 目前国外一些钢背木护栏产品已经通过了护栏碰撞试验。 ( 1 ) 刚性护栏 刚性护栏是一种基本不变形的护栏结构，按不同结构又可分为混凝土墙式护栏、混 凝土梁柱式护栏、桥梁用箱梁护栏和管梁护栏及组合式护栏。刚性护栏是通过车轮转动 角的改变，车体变位、变形和车辆与护栏、车辆与地面的摩擦来吸收碰撞能量。在碰撞 过程中，车辆变形程度取决于其自身的刚度、碰撞能量和碰撞作用时间。当车辆的碰撞 角度较大时，往往造成比较严重的后果。它对保障乘员安全性的要求略低。刚性护栏在 碰撞时不变形，几乎不会被损坏，维修费用很低，但对车辆行驶有压迫感，在寒冷地区 使用容易积雪。因此不宜在道路全线设置刚性护栏，主要设置在需严格阻止车辆越出路 外，以免引起二次事故的路段，如窄中央分隔带以及桥梁和路肩式挡土墙等特殊地段。 ( 2 ) 半刚性护栏 半刚性护栏是一种连续的梁柱式结构，具有一定的刚度和柔性，主要