一種高速公路中央分隔帶開(kāi)口護(hù)欄的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

趙英培 宋粉麗 劉海寬

摘 要：為方便車(chē)輛在緊急情況下通行，高速公路中央分隔帶護(hù)欄至少2 km就應(yīng)設(shè)置一個(gè)開(kāi)口，開(kāi)口位置設(shè)置中分帶活動(dòng)護(hù)欄。開(kāi)口位置中分帶護(hù)欄應(yīng)具備防撞性能要求且具有較高的可移動(dòng)性，方便開(kāi)啟與關(guān)閉。本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種SB級(jí)防撞能力的中央分隔帶活動(dòng)護(hù)欄。該護(hù)欄不僅移動(dòng)靈活、開(kāi)啟方便，并且適合不同開(kāi)口長(zhǎng)度的中央分隔帶開(kāi)口護(hù)欄安裝，可以循環(huán)利用。

關(guān)鍵詞：高速公路;活動(dòng)護(hù)欄;防撞性能;設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

中圖分類號(hào)：U418.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(kāi)口護(hù)欄是設(shè)置在中央分隔帶開(kāi)口處，為方便車(chē)輛在緊急情況下通行和一側(cè)公路施工封閉時(shí)臨時(shí)開(kāi)啟放行的活動(dòng)設(shè)施。根據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2017）規(guī)定，中央分隔帶開(kāi)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(kāi)口長(zhǎng)度不宜大于40 m[1]。截至2019年底，我國(guó)高速公路總里程達(dá)到14.96萬(wàn)km，按每2 km設(shè)置一處活動(dòng)護(hù)欄計(jì)算，共有7.5萬(wàn)處，按每處40 m計(jì)算，共計(jì)3 000 km[2]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，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(chē)輛穿越中央分隔帶沖進(jìn)對(duì)向車(chē)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(kāi)啟的需要，開(kāi)口處多采用活動(dòng)護(hù)欄，因此，以往設(shè)計(jì)中大多重視護(hù)欄的活動(dòng)性，而對(duì)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(jì)開(kāi)發(fā)了一種新型中央分隔帶活動(dòng)護(hù)欄，該活動(dòng)護(hù)欄防撞能力達(dá)到SB級(jí)。該護(hù)欄由標(biāo)準(zhǔn)的護(hù)欄節(jié)段組成，可自由組合，適合不同開(kāi)口長(zhǎng)度的中央分隔帶開(kāi)口護(hù)欄安裝，并且可以循環(huán)利用，方便開(kāi)啟與關(guān)閉，具有較高的可移動(dòng)性。

1 當(dāng)前常用護(hù)欄形式與不足

1.1 常用活動(dòng)護(hù)欄形式

目前，國(guó)內(nèi)主要采用的活動(dòng)護(hù)欄形式包括預(yù)應(yīng)力活動(dòng)護(hù)欄、插拔式活動(dòng)護(hù)欄、伸縮式活動(dòng)護(hù)欄、充填式活動(dòng)護(hù)欄、推拉式活動(dòng)護(hù)欄等[5-7]。預(yù)應(yīng)力活動(dòng)護(hù)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(gè)套管，并通過(guò)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(wàn)向輪和支架，支架用于安裝防眩板。插拔式活動(dòng)護(hù)欄主要包括護(hù)欄片、反射體、預(yù)埋基礎(chǔ)等。其中，護(hù)欄片由鋼管和立柱等構(gòu)件焊接形成。每段護(hù)欄長(zhǎng)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(dòng)護(hù)欄每個(gè)活動(dòng)開(kāi)口由兩組組成，使用不銹鋼或碳素鋼加工成組件通過(guò)螺栓或銷栓連接而成。充填式活動(dòng)護(hù)欄主要由預(yù)制護(hù)欄塊組成，預(yù)制護(hù)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(dòng)護(hù)欄不可伸縮，由小段無(wú)縫鋼管、槽鋼、鋼板通過(guò)焊接和螺栓連接而成，開(kāi)啟和關(guān)閉較快。

1.2 常用活動(dòng)護(hù)欄的不足

目前我國(guó)常用的中央分隔帶開(kāi)口處活動(dòng)護(hù)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(dòng)護(hù)欄在車(chē)輛發(fā)生碰撞時(shí)接觸面積小，應(yīng)力集中，護(hù)欄容易被撞壞，車(chē)輛穿過(guò)中央分隔帶活動(dòng)護(hù)欄進(jìn)入對(duì)向車(chē)道，引發(fā)事故。

②導(dǎo)向能力和緩沖能力不足?，F(xiàn)行護(hù)欄剛度較大，發(fā)生車(chē)輛撞擊護(hù)欄后，車(chē)輛容易出現(xiàn)回彈，引發(fā)二次碰撞。若護(hù)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(chē)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(dòng)護(hù)欄造價(jià)低，有較好的防撞能力，但是在應(yīng)急狀況下不能快速開(kāi)啟中央分隔帶護(hù)欄，靈活性和耐久性不足。

④護(hù)欄連接困難大?；顒?dòng)護(hù)欄與固定護(hù)欄形式不一致，二者端部難以形成平順的、能有效進(jìn)行碰撞力傳遞的結(jié)合體。

2 護(hù)欄設(shè)置原則與功能要求

2.1 中央分隔帶開(kāi)口護(hù)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(kāi)口必須設(shè)置中央分隔帶開(kāi)口護(hù)欄;②一級(jí)公路在禁止車(chē)輛掉頭的中央分隔帶開(kāi)口處宜設(shè)置中央分隔帶開(kāi)口護(hù)欄;③中央分隔帶開(kāi)口護(hù)欄宜設(shè)置在中央分隔帶開(kāi)口處的公路中心線位置，設(shè)置長(zhǎng)度應(yīng)能有效封閉中央分隔帶開(kāi)口;④中央分隔帶開(kāi)口護(hù)欄的高度應(yīng)與中央分隔帶護(hù)欄的高度協(xié)調(diào)一致;⑤中央分隔帶開(kāi)口護(hù)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(kāi)口護(hù)欄上宜設(shè)置防眩設(shè)施。

《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D81—2017）中除了有關(guān)于活動(dòng)護(hù)欄的構(gòu)造要求外，還對(duì)中央分隔帶開(kāi)口護(hù)欄的防撞能力做了進(jìn)一步規(guī)定。規(guī)范中規(guī)定：“中央分隔帶開(kāi)口護(hù)欄防護(hù)等級(jí)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(gè)等級(jí)，但高速公路中央分隔帶開(kāi)口護(hù)欄不得低于三（Am）級(jí)?！?/p>

2.2 中央分隔帶開(kāi)口護(hù)欄功能性要求

活動(dòng)護(hù)欄應(yīng)同時(shí)具備防撞等級(jí)和方便開(kāi)啟的要求，具體功能要求包括以下幾方面。

①正常使用時(shí)，活動(dòng)護(hù)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(dòng)態(tài)變形等，具體評(píng)價(jià)指標(biāo)如表1所示。

②中央分隔帶開(kāi)口護(hù)欄應(yīng)方便開(kāi)啟與關(guān)閉、具有可移動(dòng)性，可在10 min內(nèi)開(kāi)啟10 m及以上的長(zhǎng)度。

③中央分隔帶開(kāi)口護(hù)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(hù)欄平順過(guò)渡。

④中央分隔帶開(kāi)口護(hù)欄結(jié)構(gòu)要保持穩(wěn)定，在發(fā)生碰撞時(shí)，結(jié)構(gòu)組件不得對(duì)碰撞車(chē)輛、周?chē)腥思败?chē)輛產(chǎn)生損壞或傷害。

3 一種新型中央分隔帶開(kāi)口護(hù)欄的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

為了克服現(xiàn)有中央分隔帶開(kāi)口護(hù)欄的不足，結(jié)合護(hù)欄功能要求，本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種新型中央分隔帶活動(dòng)護(hù)欄。該活動(dòng)護(hù)欄防撞能力達(dá)到SB級(jí)，由標(biāo)準(zhǔn)的護(hù)欄節(jié)段組成，可自由組合，適合不同開(kāi)口長(zhǎng)度的中央分隔帶開(kāi)口護(hù)欄安裝，并且可以循環(huán)利用，方便開(kāi)啟與關(guān)閉，具有較高的可移動(dòng)性。

3.1 護(hù)欄的構(gòu)造設(shè)計(jì)

該SB級(jí)防撞能力的中央分隔帶活動(dòng)護(hù)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(zhǎng)6 m，調(diào)節(jié)段長(zhǎng)3 m，可滿足不同開(kāi)口長(zhǎng)度的安裝。護(hù)欄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。本護(hù)欄設(shè)計(jì)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(guò)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(dòng)支腿;護(hù)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(chē)輛穿越，設(shè)置一道下橫梁，采用型鋼制作;活動(dòng)護(hù)欄單元中，兩塊三波鋼板內(nèi)有多個(gè)加勁板，通過(guò)橫銷連接，橫銷末端使用螺栓固定。該護(hù)欄裝置可以有效解決目前高速公路活動(dòng)護(hù)欄的低阻擋性、弱導(dǎo)向性等問(wèn)題，并方便開(kāi)啟與關(guān)閉，具有較高的可移動(dòng)性。

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

3.2 護(hù)欄防護(hù)能力仿真分析

通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真對(duì)該高速公路中央分隔帶活動(dòng)護(hù)欄的阻擋功能、導(dǎo)向功能、緩沖功能以及最大動(dòng)態(tài)變形進(jìn)行分析評(píng)估。本文采用小型客車(chē)進(jìn)行仿真分析，該護(hù)欄的防護(hù)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(chē)撞擊護(hù)欄運(yùn)動(dòng)軌跡圖。由圖可知，護(hù)欄具有良好的阻擋功能和導(dǎo)向能力，撞擊過(guò)程中車(chē)輛并未發(fā)生阻絆、穿越現(xiàn)象，護(hù)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(kāi)口活動(dòng)護(hù)欄的緩沖功能主要靠部件在撞擊過(guò)程中的變形吸能能力。圖3為護(hù)欄各部件位移時(shí)程曲線。從圖3可以看出，波形梁板在撞擊過(guò)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(jiàn)，該護(hù)欄結(jié)構(gòu)有較好的緩沖功能。

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

通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真對(duì)該高速公路中央分隔帶活動(dòng)護(hù)欄進(jìn)行評(píng)估可知，該橋梁護(hù)欄的阻擋功能、導(dǎo)向功能、緩沖功能以及最大動(dòng)態(tài)變形符合SB級(jí)護(hù)欄安全性能的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

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(jì)規(guī)范》（JTG D81—2017）對(duì)護(hù)欄防撞能力的規(guī)定，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種SB級(jí)防撞能力的中央分隔帶活動(dòng)護(hù)欄。該護(hù)欄不僅移動(dòng)靈活、開(kāi)啟方便，而且適合不同開(kāi)口長(zhǎng)度的中央分隔帶開(kāi)口護(hù)欄安裝，可以循環(huán)利用。同時(shí)，對(duì)新型護(hù)欄進(jìn)行了車(chē)輛與護(hù)欄碰撞的仿真分析，結(jié)果表明，該護(hù)欄滿足SB級(jí)防撞能力的要求。

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