防眩板抗沖擊性能試驗分析與改進

陳秋

（廣州冠粵路橋檢測有限公司）

1 研究背景

為了避免對向車燈眩光引發(fā)交通事故、使高速公路夜間行車安全舒適，高速公路上中央分隔帶護欄上或護欄中間必須設(shè)置防眩板或防眩樹木[1]?，F(xiàn)階段用于制造防眩板的材料有鋼、塑料、玻璃鋼等。為了適應公路線形景觀和線形流暢，有普通直板、S 形、中空板、仿浮雕等各種外觀造型。防眩板的原材料、成型工藝或者結(jié)構(gòu)形式多種多樣，但檢驗或決定防眩板質(zhì)量或壽命都是從二個基本要素出發(fā)，即牢固不易折斷（包括風吹、車撞等）、顏色耐候不易褪色。防眩板受到破壞的重要原因之一是被車撞壞，尤其是彎道多、起伏大的山區(qū)公路，這種情況更容易發(fā)生[2]。對近年來廣東養(yǎng)護工程調(diào)研發(fā)現(xiàn)，高速公路的業(yè)主單位每年或隔二三年需對防眩板養(yǎng)護或更換，因此付出了較大養(yǎng)護成本。

出于成本原因，防眩板生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)玻璃鋼防眩板時常用廉價的BMC 代替SMC。但由于BMC 的樹脂和玻璃纖維含量比SMC 低，因此同樣尺寸和厚度的玻璃鋼防眩板，用BMC 的材料的強度要低很多。為了降低成本，還有部分廠家在制造吹塑成型HDPE 防眩板時常常向母料里面添加碳酸鈣或回收料等。上述用廉價材料或添加料生產(chǎn)出來的防眩板彈性不足，即受力彎曲后的變形部分不能自動恢復原狀，有的甚至會斷裂，大大降低了抗風載強度。

因此，檢測防眩板的抗沖擊性能，以確認產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，對于提高交通安全和社會經(jīng)濟效益具有重要的意義。

2 現(xiàn)行規(guī)范試驗方法

現(xiàn)行規(guī)范標準《防眩板》（GB/T 24718-2009）沖擊性能試驗是借助鋼球的自由落體運動與防眩板發(fā)生碰撞，通過觀察表面或板體有無開裂、剝離或其他破壞程度，達到判斷產(chǎn)品是否合格的目的。具體如下：

準備好重量為1㎏的鋼球、防眩板檢測試件，按照規(guī)范，試驗要求首先將試件在標準環(huán)境下放置24h 后，再平整放置于試驗臺上；其次，確保鋼球下落至試件的凈高為1m，沖擊試驗時讓鋼球自由下落，每件試件選擇上、中、下三個沖擊部位分別進行試驗，且每次試驗保證鋼球與試件只沖擊接觸一次。

試驗結(jié)果采用目測法，分別觀察以上、中、下三個沖擊點為圓心半徑6mm 范圍外的試件表面和板體本身破壞程度，沖擊點表面、板體均無開裂、破損或剝離現(xiàn)象則表明試件合格。

3 試驗分析

3.1 試驗裝置

規(guī)范中試驗所用的設(shè)備裝置構(gòu)造及工具比較簡單，主要由可調(diào)整高度螺釘?shù)脑囼灱?、試驗臺和鋼球等組成。由于這類防眩板抗沖擊試驗裝置有設(shè)置反彈處理部件，在沖擊的過程中鋼球與試件碰撞后彈起后會再次下落，試驗很難保證鋼球與試件只碰撞一次，不可避免發(fā)生二次碰撞，這樣增大了對試件的破壞力度，造成試驗結(jié)果偏大，不能真實反映實際的破壞程度。

很多檢測單位意識到這個問題，自行對試驗設(shè)備進行了改進，有的在試件下面增加磁吸裝置，以便在鋼球被彈起前通過磁性作用將鋼球吸住，避免反彈的發(fā)生。這種措施在實際檢測過程中不能做到每次都能成功，只有當鋼球反彈方向與磁吸方向相同時才可以吸住，如果反彈方向發(fā)生了偏離，磁吸效應起不了作用，試驗與真實情況仍有偏差，導致結(jié)果不準確。

3.2 試驗過程受力分析

目前試驗方法是將試件平整放置在試驗臺上，與地面平行，處于靜止狀態(tài)。防眩板碰撞前的受力情況如圖1 所示。

圖1 碰撞前試件受力情況

當前，高速公路的中央分隔帶防眩板一般安裝在鋼護欄或混凝土護欄上。混凝土護欄上安裝防眩板是直接將其鋼板托架固定在橋梁混凝土護欄側(cè)；鋼護欄上安裝防眩板一般用緊固鋼板緊抱波形梁。路基段與橋梁段的防眩板的位置和高度要銜接順適，外形上不得有高低不平和扭曲。防眩板整體應與道路線形一致，其高度、板寬、板間距及遮光角均應符合設(shè)計要求。由防眩板的安裝方式可知防眩板處于豎直狀態(tài)，當車輛或其他物體與防眩板發(fā)生碰撞時，防眩板往往在水平方向不同角度受到?jīng)_擊，這種受力破壞情況與上述試驗模擬的環(huán)境有較大出入，即未能真實反映防眩板沖擊或破壞條件，因此試驗需改進。

4 試驗改進

4.1 改進原理

為了反映防眩板真實的受力碰撞情況，對當前的試驗方法加以改進，將防眩板調(diào)整為豎向布置，與實際安裝方式保持一致，真實反映沖擊破壞情況。試驗工作原理如圖2 所示，豎向布置的防眩板可以旋轉(zhuǎn)安裝角度，以檢測來自多個方向、不同角度的物體碰撞產(chǎn)生的沖擊效果。

圖2 改進試驗工作原理

為與規(guī)范一致，試驗前將1kg 鋼球的垂直高度向上提升1m 并保持靜止狀態(tài)，然后將鋼球落下，與防眩板發(fā)生碰撞，碰撞時的受力分析如圖3 所示，碰撞瞬間可由能量守恒定律mgh=mv2/2（h 為鋼球提升的垂直高度，m），計算出鋼球的速度為4.427m/s；碰撞時防眩板受到水平向右的沖擊力，可由動量定理F=mv 計算出鋼球產(chǎn)生的動量為4.427㎏m/s。可知本改進試驗產(chǎn)生的沖擊力和規(guī)范指定的試驗產(chǎn)生的沖擊力相同，但是本試驗更能真實反映防眩板受外界碰撞的情況。

圖3 防眩板碰撞受力分析

4.2 試驗過程

按規(guī)范要求，在標準環(huán)境下將試件養(yǎng)護24h。試驗前將試件底部固定于試驗臺上，調(diào)整高度調(diào)節(jié)桿的位置，使水平固定桿的高度距離沖擊點高度為1m，然后拉直牽引鋼球的細繩至水平狀態(tài)，保證鋼球與沖擊點的垂直高度差為1m，靜置后將鋼球落下，鋼球在下落的過程中逐漸加速，在最低點和試件發(fā)生碰撞，給防眩板一個水平方向的沖擊力。當發(fā)生一次碰撞后，牽引電機牽引鋼球上升，避免與試件發(fā)生二次碰撞。每件試件選擇上、中、下三個部位進行沖擊試驗，在選擇不同的部位時需要調(diào)整水平固定桿的高度，保持鋼球與沖擊點的高度差為1m，保證碰撞時的沖擊力恒定。

4.3 試驗結(jié)果

采用與2.3 相同的目測方法觀察沖擊點，上、中、下三個沖擊點表面、板體均無開裂、破損或剝離現(xiàn)象，表明試件合格。

改進試驗的結(jié)果表明，其檢測效果與規(guī)范指定的試驗方法一致。改進后，防眩板在水平方向上的受力與道路環(huán)境中的受力情況一致。鋼球通過牽引電機迅速歸位，有效避免了二次碰撞現(xiàn)象導致的破壞力疊加效應，使得試驗結(jié)果更符合實際。同時本改進裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。

5 結(jié)語

針對高速公路防眩板的安裝狀況，結(jié)合道路環(huán)境下的碰撞情況，探索當前抗沖擊性能試驗方法存在的不足，通過分析試件的受力情況及沖擊力大小，設(shè)計出貼合現(xiàn)場實際的改進型試驗方案，并進行了改進試驗的受力分析，對比兩種試驗方法的試驗結(jié)果，表明改進方法切實可行，且操作簡便，更符合真實的高速公路交通環(huán)境，具有較大的應用價值。