美國公路護欄現(xiàn)狀研究及分析

【摘 要】 美國是目前高速公路網(wǎng)最發(fā)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(shù)以上。對比結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在新型護欄的強度達到了現(xiàn)有護欄的水平的同時，護欄的變形范圍更小。在護欄設(shè)計的經(jīng)濟性和美觀方面對護欄的結(jié)構(gòu)特點進行優(yōu)化選擇并給出優(yōu)化后的護欄結(jié)構(gòu)，重新進行仿真分析，檢驗強度。對比優(yōu)化前后結(jié)果發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后護欄的強度雖略有降低，但在外形上較優(yōu)化前更美觀，并比較明顯的降低了設(shè)計成本，增加了其作為產(chǎn)品投入生產(chǎn)的可實施性。

【關(guān)鍵詞】 護欄形式 防撞性能 結(jié)構(gòu)特點

1984年美國某科研機構(gòu)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(shè)計的合理化有綱領(lǐng)性的作用。在這之后，美國就開始大規(guī)模的對護欄的設(shè)置設(shè)計和高速公路其他安全防護設(shè)施進行研究和制定規(guī)范。

此外，美國國家公路運輸商協(xié)會經(jīng)過多年的理論和試驗研究，對護欄形式選擇、位置設(shè)置、結(jié)構(gòu)設(shè)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(jù)，經(jīng)過多年的理論研究和實踐經(jīng)驗的積累，里面主要總結(jié)了高速公路交通工程設(shè)施、路側(cè)設(shè)施及施工區(qū)安全設(shè)施研究的研究方法、試驗過程和結(jié)果分析的內(nèi)容，其中對各種護欄的力學(xué)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(shè)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(nèi)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(wǎng)最發(fā)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(yīng)用。經(jīng)過了將近 30 年的研究及發(fā)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(yīng)性及經(jīng)濟性也差距較大。

按護欄的構(gòu)造形式劃分：1.半剛性護欄。半剛性護欄的主要結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)在絕大多數(shù)情況的不會改變，因為它的構(gòu)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(nèi)所設(shè)置的護欄。

（二）設(shè)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(nèi)外應(yīng)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(shè)置在積雪路面上。纜索護欄是靠拉張力在發(fā)生碰撞時將失控車輛拉回正常車道的一種柔性結(jié)構(gòu)。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(fā)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(jù)實際情況決定是否選用。

之所以要在道路上設(shè)置護欄結(jié)構(gòu)，就是要通過加設(shè)交通安全設(shè)施來避免發(fā)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(dǎo)致嚴重事故的路段。

護欄的外形美觀程度屬于護欄美學(xué)范疇，也是道路景觀設(shè)計內(nèi)容中的一個具體環(huán)節(jié)[3]。護欄的外形設(shè)計按要求應(yīng)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(chǎn)生良好的誘導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)節(jié)點的加速度和車輛行進軌跡的比較可以看出，筆者構(gòu)建的IF型護欄較SF型護欄具有更好的車輛導(dǎo)出性能和乘員安全性能。（3）基于數(shù)值仿真計算結(jié)果的IF型護欄設(shè)計圖可以作為試驗設(shè)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(cè)傾問題由于其后果的嚴重性，需要引起研究設(shè)計者的高度重視，有關(guān)拖車側(cè)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(fā)生，保護路側(cè)行人、建筑物、汽車司機和車上乘員安全，同時兼有誘導(dǎo)駕駛員視線、增加行車安全感和美化公路環(huán)境的作用。

三、護欄的局限性和優(yōu)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(fù)到正常行駛方向，但混凝土護欄因剛度較大不易損壞，其經(jīng)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(jié)論

在護欄設(shè)計的經(jīng)濟性和美觀方面對護欄的構(gòu)件進行優(yōu)化選擇并給出優(yōu)化后的護欄結(jié)構(gòu)，重新進行仿真分析，檢驗強度。對比優(yōu)化前后結(jié)果發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后護欄的強度雖略有降低，但在外形上較優(yōu)化前更美觀。

從美觀和經(jīng)濟方面考慮對構(gòu)件選擇做出優(yōu)化，優(yōu)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(yōu)化后的護欄的整體結(jié)構(gòu)防撞性能雖略有降低，降低了設(shè)計成本，在不影響護欄實際功用的條件下提高了其作為產(chǎn)品生產(chǎn)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(xué)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(tài)響應(yīng)分析.湖南大學(xué)學(xué)報，2002（4）：48一55.

[3] 楊久齡.高速公路護欄開發(fā)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(xué)、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(xué)模型.中國公路學(xué)報，1996，9（3）：85～90

[5] 馬力.中國汽車市場最近十年發(fā)展態(tài)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(jié)構(gòu)的耐撞性[M].長沙：國防科技大學(xué)出版社，2005.

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