美國公路護欄現狀研究及分析

【摘 要】 美國是目前高速公路網最發達、里程最多的國家，也是開展護欄研究最早、最多的國家。其高速公路混凝土護欄占半數以上。對比結果發現，在新型護欄的強度達到了現有護欄的水平的同時，護欄的變形范圍更小。在護欄設計的經濟性和美觀方面對護欄的結構特點進行優化選擇并給出優化后的護欄結構，重新進行仿真分析，檢驗強度。對比優化前后結果發現，優化后護欄的強度雖略有降低，但在外形上較優化前更美觀，并比較明顯的降低了設計成本，增加了其作為產品投入生產的可實施性。

【關鍵詞】 護欄形式 防撞性能 結構特點

1984年美國某科研機構擬定的《Evaluation criteria of highway safety facilities》在這方面有明確的闡述，里面給出的評價指標對實車足尺實驗的標準化、護欄設計的合理化有綱領性的作用。在這之后，美國就開始大規模的對護欄的設置設計和高速公路其他安全防護設施進行研究和制定規范。

此外，美國國家公路運輸商協會經過多年的理論和試驗研究，對護欄形式選擇、位置設置、結構設計等各個方面的方法和原則的分析為以后的研究提供了有力的理論根據，經過多年的理論研究和實踐經驗的積累，里面主要總結了高速公路交通工程設施、路側設施及施工區安全設施研究的研究方法、試驗過程和結果分析的內容，其中對各種護欄的力學特性、碰撞效果及護欄的各個部位的吸能狀況有詳細的分析，在設計合理性方面也有一定的討論，并在本書的第二版中對以上內容進行完善。

一、護欄形式

（一）形式選擇與分類。美國是目前高速公路網最發達、里程最多的國家，也是開展護欄研究最早、最多的國家，混凝土護欄在國外得到廣泛應用。經過了將近 30 年的研究及發展，美國的安全護欄在研究和實踐上取得了一定的進步，但從整體水平上與國外相比仍然存在著一些差距[1]。

美國高速公路中央分隔帶護欄通道采用4種形式：HL1;HL2;HL3;HL4。不同的護欄型式，由于其本身特點，與道路的適應性及經濟性也差距較大。

按護欄的構造形式劃分：1.半剛性護欄。半剛性護欄的主要結構包括護欄的波形梁和立柱，有些還加之防阻塊。2.剛性護欄。剛性護欄的結構在絕大多數情況的不會改變，因為它的構成材料多為混凝土，強度很大。3.柔性護欄，指在高速公路中間帶內所設置的護欄。

（二）設置原則與形式選擇。護欄的性能選擇。護欄的吸能效果和抗沖擊能力是護欄整體性能的重要評價指標，在選取合適的護欄形式時，必須先考慮到護欄的性能好壞。波形梁護欄作為目前國內外應用最為廣泛的護欄形式，不但具有良好的吸能效果和抗沖擊能力，并從外觀上給人以舒適的感覺[2]。箱梁護欄和管梁護欄都在外形上比較美觀，且都適合設置在積雪路面上。纜索護欄是靠拉張力在發生碰撞時將失控車輛拉回正常車道的一種柔性結構。相對以上幾種護欄形式，混凝土護欄具有最強的強度和剛度。在受到碰撞沖擊時，自身基本不發生形變，能夠有效避免失控車輛沖出路外，但混凝土護欄對乘員安全的保障性差，外形也不美觀，建議根據實際情況決定是否選用。

之所以要在道路上設置護欄結構，就是要通過加設交通安全設施來避免發生交通事故或最大限度地降低事故的嚴重程度，尤其是在車輛容易駛出路外而導致嚴重事故的路段。

護欄的外形美觀程度屬于護欄美學范疇，也是道路景觀設計內容中的一個具體環節[3]。護欄的外形設計按要求應該能在心里上給車輛乘員有舒適的感覺，還要考慮對駕駛員視覺疲勞的緩解，產生良好的誘導效果。

二、防撞性能

（一）防撞性能分析。（1）護欄的承載能力有較大的富余，因此為了改善混凝土的導向性、提高乘員安全性，適當減小護欄截面混凝土的面積是可行的。（2）從乘員位置對應節點的加速度和車輛行進軌跡的比較可以看出，筆者構建的IF型護欄較SF型護欄具有更好的車輛導出性能和乘員安全性能。（3）基于數值仿真計算結果的IF型護欄設計圖可以作為試驗設計的參考，但需對其進行進一步的實車碰撞試驗檢驗。重型車輛與剛性護欄碰撞過程中的拖車側傾問題由于其后果的嚴重性，需要引起研究設計者的高度重視，有關拖車側傾控制的研究仍需進一步加強[4]。

（二）選擇防撞護欄的必要性。防撞護欄其主要作用是防止汽車司機失誤或其它原因造成的非正常行駛車輛越出公路或穿越中央分隔帶而聞入對向車道的交通事故發生，保護路側行人、建筑物、汽車司機和車上乘員安全，同時兼有誘導駕駛員視線、增加行車安全感和美化公路環境的作用。

三、護欄的局限性和優點

混凝土護欄防止車輛越出路外的效果好，車輛碰撞時幾乎不變形，同時碰撞汽車也恢復到正常行駛方向，但混凝土護欄因剛度較大不易損壞，其經濟性不高，且因其不變型不能吸收碰搞能量對車輛及乘員傷害較大。

四、結論

在護欄設計的經濟性和美觀方面對護欄的構件進行優化選擇并給出優化后的護欄結構，重新進行仿真分析，檢驗強度。對比優化前后結果發現，優化后護欄的強度雖略有降低，但在外形上較優化前更美觀。

從美觀和經濟方面考慮對構件選擇做出優化，優化后護欄的立柱在外觀上讓人感覺更加舒適，并且強度有明顯的提高。優化后的護欄的整體結構防撞性能雖略有降低，降低了設計成本，在不影響護欄實際功用的條件下提高了其作為產品生產的可實施性。

【參考文獻】

[1] 黃紅武，劉正恒.汽車與高速公路護欄碰撞事故分析與研究.機械工程學報，2003（）

[2] 楊濟匡，鐘志華.汽車乘員在汽車與高速公路護欄碰撞中的動態響應分析.湖南大學學報，2002（4）：48一55.

[3] 楊久齡.高速公路護欄開發研究新動向一赴美國、日本考察報告之二公路交通科技，11（1）：57～61

[4] 丁樺、賈日學、儲勁草.汽車與護欄碰撞特性的研究一車與波形梁護欄碰撞過程的力學模型.中國公路學報，1996，9（3）：85～90

[5] 馬力.中國汽車市場最近十年發展態勢分析.世界汽車.2003，（1）：13～14

[6] 雷正保，謝玉洪，李海俠著.大變形結構的耐撞性[M].長沙：國防科技大學出版社，2005.

作者簡介：王歡（1996—），女，漢族，山西運城市人，工學碩士，單位：重慶交通大學交通運輸學院交通運輸工程專業，研究方向：交通運輸規劃與管理。