一種高速公路中央分隔帶開口護欄的設(shè)計開發(fā)

趙英培 宋粉麗 劉海寬

摘 要：為方便車輛在緊急情況下通行，高速公路中央分隔帶護欄至少2 km就應(yīng)設(shè)置一個開口，開口位置設(shè)置中分帶活動護欄。開口位置中分帶護欄應(yīng)具備防撞性能要求且具有較高的可移動性，方便開啟與關(guān)閉。本文設(shè)計開發(fā)了一種SB級防撞能力的中央分隔帶活動護欄。該護欄不僅移動靈活、開啟方便，并且適合不同開口長度的中央分隔帶開口護欄安裝，可以循環(huán)利用。

關(guān)鍵詞：高速公路;活動護欄;防撞性能;設(shè)計開發(fā)

中圖分類號：U418.7文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）07-0085-04

Design and Development of a kind of Open Guardrail in Expressway

ZHAO Yingpei1，2 SONG Fenli1 LIU Haikuan1

（1. Henan Transportation Research Institute Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450000;2. Henan Guangcai Group Development Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： In order to facilitate the passage of special vehicles in emergency， an opening should be set at least 2km away from the median guardrail of expressway， and a movable median guardrail should be set at the opening position. The median strip guardrail at the opening position shall have anti-collision performance requirements and high mobility， which is convenient for opening and closing. In this paper， a kind of movable guardrail with SB level anti-collision ability was designed and developed. The guardrail is not only flexible and easy to open， but also suitable for the installation of median opening guardrails with different opening lengths， which can be recycled.

Keywords： expressway;movable guardrail;anti-collision performance;design and development

高速公路中央分隔帶開口護欄是設(shè)置在中央分隔帶開口處，為方便車輛在緊急情況下通行和一側(cè)公路施工封閉時臨時開啟放行的活動設(shè)施。根據(jù)《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTG D20—2017）規(guī)定，中央分隔帶開口間距應(yīng)視需要而定，最小間距應(yīng)不小于2 km，中央分隔帶開口長度不宜大于40 m[1]。截至2019年底，我國高速公路總里程達到14.96萬km，按每2 km設(shè)置一處活動護欄計算，共有7.5萬處，按每處40 m計算，共計3 000 km[2]。據(jù)不完全統(tǒng)計，高速公路交通事故中與中央分隔帶有關(guān)的事故約占30%，且車輛穿越中央分隔帶沖進對向車道往往造成重大二次事故[3-4]。為了滿足緊急情況下快速開啟的需要，開口處多采用活動護欄，因此，以往設(shè)計中大多重視護欄的活動性，而對防撞能力考慮較少，導(dǎo)致其防撞能力不足。為此，本文設(shè)計開發(fā)了一種新型中央分隔帶活動護欄，該活動護欄防撞能力達到SB級。該護欄由標(biāo)準(zhǔn)的護欄節(jié)段組成，可自由組合，適合不同開口長度的中央分隔帶開口護欄安裝，并且可以循環(huán)利用，方便開啟與關(guān)閉，具有較高的可移動性。

1 當(dāng)前常用護欄形式與不足

1.1 常用活動護欄形式

目前，國內(nèi)主要采用的活動護欄形式包括預(yù)應(yīng)力活動護欄、插拔式活動護欄、伸縮式活動護欄、充填式活動護欄、推拉式活動護欄等[5-7]。預(yù)應(yīng)力活動護欄中鋼管桁架為主體結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力鋼絞線布置在縱向橫梁鋼管中;每組桁架上設(shè)置有兩個套管，并通過鋼管立柱與預(yù)埋套管連接，桁架上設(shè)置有高度可調(diào)節(jié)的萬向輪和支架，支架用于安裝防眩板。插拔式活動護欄主要包括護欄片、反射體、預(yù)埋基礎(chǔ)等。其中，護欄片由鋼管和立柱等構(gòu)件焊接形成。每段護欄長2 m左右，基礎(chǔ)采用預(yù)埋套管或抽換式立柱基礎(chǔ)。伸縮式活動護欄每個活動開口由兩組組成，使用不銹鋼或碳素鋼加工成組件通過螺栓或銷栓連接而成。充填式活動護欄主要由預(yù)制護欄塊組成，預(yù)制護欄塊采用塑料或玻璃鋼制作，斷面型式可采用F型或單坡型，預(yù)制塊中空，內(nèi)部填充細(xì)砂或水等，如水馬。推拉式活動護欄不可伸縮，由小段無縫鋼管、槽鋼、鋼板通過焊接和螺栓連接而成，開啟和關(guān)閉較快。

1.2 常用活動護欄的不足

目前我國常用的中央分隔帶開口處活動護欄主要存在以下幾方面不足[8-9]。

①阻擋功能不足，即防撞能力不足。欄桿式活動護欄在車輛發(fā)生碰撞時接觸面積小，應(yīng)力集中，護欄容易被撞壞，車輛穿過中央分隔帶活動護欄進入對向車道，引發(fā)事故。

②導(dǎo)向能力和緩沖能力不足。現(xiàn)行護欄剛度較大，發(fā)生車輛撞擊護欄后，車輛容易出現(xiàn)回彈，引發(fā)二次碰撞。若護欄具有良好的導(dǎo)向能力和緩沖能力，就能有效吸收碰撞能量，引導(dǎo)車輛行駛軌跡，從而減少二次碰撞。

③靈活性不足，例如，充填式活動護欄造價低，有較好的防撞能力，但是在應(yīng)急狀況下不能快速開啟中央分隔帶護欄，靈活性和耐久性不足。

④護欄連接困難大。活動護欄與固定護欄形式不一致，二者端部難以形成平順的、能有效進行碰撞力傳遞的結(jié)合體。

2 護欄設(shè)置原則與功能要求

2.1 中央分隔帶開口護欄設(shè)置原則

現(xiàn)行規(guī)范中設(shè)置原則[10-11]：①高速公路的中央分隔帶開口必須設(shè)置中央分隔帶開口護欄;②一級公路在禁止車輛掉頭的中央分隔帶開口處宜設(shè)置中央分隔帶開口護欄;③中央分隔帶開口護欄宜設(shè)置在中央分隔帶開口處的公路中心線位置，設(shè)置長度應(yīng)能有效封閉中央分隔帶開口;④中央分隔帶開口護欄的高度應(yīng)與中央分隔帶護欄的高度協(xié)調(diào)一致;⑤中央分隔帶開口護欄上部應(yīng)設(shè)置輪廓標(biāo)或反射體，顏色和設(shè)置高度宜與中央分隔帶輪廓標(biāo)保持一致;⑥位于有防眩要求路段的中央分隔帶開口護欄上宜設(shè)置防眩設(shè)施。

《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》（JTG D81—2017）中除了有關(guān)于活動護欄的構(gòu)造要求外，還對中央分隔帶開口護欄的防撞能力做了進一步規(guī)定。規(guī)范中規(guī)定：“中央分隔帶開口護欄防護等級宜與相鄰路段保持一致。線形良好路段經(jīng)論證可低于相鄰路段1～2個等級，但高速公路中央分隔帶開口護欄不得低于三（Am）級。”

2.2 中央分隔帶開口護欄功能性要求

活動護欄應(yīng)同時具備防撞等級和方便開啟的要求，具體功能要求包括以下幾方面。

①正常使用時，活動護欄隔離性能和防撞性能符合規(guī)范要求，滿足阻擋功能、導(dǎo)向功能、緩沖功能、最大動態(tài)變形等，具體評價指標(biāo)如表1所示。

②中央分隔帶開口護欄應(yīng)方便開啟與關(guān)閉、具有可移動性，可在10 min內(nèi)開啟10 m及以上的長度。

③中央分隔帶開口護欄的兩端應(yīng)牢固安裝，連接部分具有防盜功能，且與相鄰護欄平順過渡。

④中央分隔帶開口護欄結(jié)構(gòu)要保持穩(wěn)定，在發(fā)生碰撞時，結(jié)構(gòu)組件不得對碰撞車輛、周圍行人及車輛產(chǎn)生損壞或傷害。

3 一種新型中央分隔帶開口護欄的設(shè)計開發(fā)

為了克服現(xiàn)有中央分隔帶開口護欄的不足，結(jié)合護欄功能要求，本文設(shè)計開發(fā)了一種新型中央分隔帶活動護欄。該活動護欄防撞能力達到SB級，由標(biāo)準(zhǔn)的護欄節(jié)段組成，可自由組合，適合不同開口長度的中央分隔帶開口護欄安裝，并且可以循環(huán)利用，方便開啟與關(guān)閉，具有較高的可移動性。

3.1 護欄的構(gòu)造設(shè)計

該SB級防撞能力的中央分隔帶活動護欄結(jié)構(gòu)由標(biāo)準(zhǔn)段和調(diào)節(jié)段組成，標(biāo)準(zhǔn)段長6 m，調(diào)節(jié)段長3 m，可滿足不同開口長度的安裝。護欄結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。本護欄設(shè)計地面以上高度950 mm，利用三波板、BFI防阻塊和標(biāo)準(zhǔn)立柱作為主要構(gòu)件，通過上套筒連接成整體。上套筒由核心鋼管、上支臂和下支臂組成。上支臂用于連接防阻塊和波形梁，下支臂用于連接下橫梁、安裝固定支腿和活動支腿;護欄基礎(chǔ)為混凝土基礎(chǔ)，預(yù)埋鋼套筒，基礎(chǔ)深度為350 mm。為防止小型車輛穿越，設(shè)置一道下橫梁，采用型鋼制作;活動護欄單元中，兩塊三波鋼板內(nèi)有多個加勁板，通過橫銷連接，橫銷末端使用螺栓固定。該護欄裝置可以有效解決目前高速公路活動護欄的低阻擋性、弱導(dǎo)向性等問題，并方便開啟與關(guān)閉，具有較高的可移動性。

護欄主要結(jié)構(gòu)為成品波形梁制品，在工廠制作，現(xiàn)場安裝。護欄使用時的開啟步驟為：①接觸波形板縱向銷子，打開連接接頭;②擰開立柱柱帽，拔出立柱;③收起固定支腿，放下活動支腿，將護欄標(biāo)準(zhǔn)段推出。

3.2 護欄防護能力仿真分析

通過計算機仿真對該高速公路中央分隔帶活動護欄的阻擋功能、導(dǎo)向功能、緩沖功能以及最大動態(tài)變形進行分析評估。本文采用小型客車進行仿真分析，該護欄的防護能力結(jié)果如下。

3.2.1 阻擋功能和導(dǎo)向功能。圖2為小型客車撞擊護欄運動軌跡圖。由圖可知，護欄具有良好的阻擋功能和導(dǎo)向能力，撞擊過程中車輛并未發(fā)生阻絆、穿越現(xiàn)象，護欄及其附屬構(gòu)件未侵入駕駛限界。

3.2.2 緩沖功能。中分帶開口活動護欄的緩沖功能主要靠部件在撞擊過程中的變形吸能能力。圖3為護欄各部件位移時程曲線。從圖3可以看出，波形梁板在撞擊過程中產(chǎn)生的位移最大，之后依次為縱梁、BFI型防阻塊、上下支臂、上下套筒、立柱和支腿。可見，該護欄結(jié)構(gòu)有較好的緩沖功能。

3.2.3 最大動態(tài)變形。車輛沿道路方向行駛，仿真分析過程中車輛與護欄初始夾角定義為20°，結(jié)果如圖4所示。經(jīng)過仿真分析，護欄的最大動態(tài)變形量為180 mm，滿足規(guī)范要求。

通過計算機仿真對該高速公路中央分隔帶活動護欄進行評估可知，該橋梁護欄的阻擋功能、導(dǎo)向功能、緩沖功能以及最大動態(tài)變形符合SB級護欄安全性能的要求。

4 結(jié)語

根據(jù)高速公路建設(shè)的要求，并結(jié)合新的《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》（JTG D81—2017）對護欄防撞能力的規(guī)定，設(shè)計開發(fā)了一種SB級防撞能力的中央分隔帶活動護欄。該護欄不僅移動靈活、開啟方便，而且適合不同開口長度的中央分隔帶開口護欄安裝，可以循環(huán)利用。同時，對新型護欄進行了車輛與護欄碰撞的仿真分析，結(jié)果表明，該護欄滿足SB級防撞能力的要求。

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