裝配式開口護(hù)欄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及安全性能評(píng)價(jià)

張永釗

（1.福建省高速公路聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)有限公司，福州 350001；2.福建省高速公路工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州 350001）

目前，國(guó)內(nèi)主要采用的開口護(hù)欄形式包括預(yù)應(yīng)力開口護(hù)欄、插拔式開口護(hù)欄、伸縮式開口護(hù)欄和填充式開口護(hù)欄等[1]。預(yù)應(yīng)力開口護(hù)欄中鋼管桁架為主體結(jié)構(gòu)，兩端各設(shè)置1 個(gè)端頭，使用混凝土將其澆筑在基礎(chǔ)內(nèi)，兩端使用螺母將整個(gè)護(hù)欄張緊，形成整個(gè)護(hù)欄結(jié)構(gòu)。插拔式開口護(hù)欄主要包括護(hù)欄架、預(yù)留圓孔等。其中，護(hù)欄架由鋼管和立柱等零件焊接而成?；A(chǔ)大多采用抽換式立柱基礎(chǔ)。伸縮式開口護(hù)欄每個(gè)開口由2 組組成，使用鋼結(jié)構(gòu)加工成組件通過螺栓或銷栓連接而成。填充式開口護(hù)欄主要由標(biāo)準(zhǔn)護(hù)欄單元結(jié)構(gòu)組成，市面產(chǎn)品較多，預(yù)制護(hù)欄塊大多由塑料制成，加工工藝多種多樣，斷面型式可采用F 型或單坡型，塑料結(jié)構(gòu)內(nèi)部為中空，腔體填充細(xì)砂或水等材料，如水馬。上述開口護(hù)欄大部分僅具有警示和視線誘導(dǎo)作用，不僅不具有防護(hù)等級(jí)，更無安全防護(hù)功能。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念

首先需滿足規(guī)范需求，保證設(shè)計(jì)開口護(hù)欄的靈活性，應(yīng)當(dāng)確保在只有2 名工人進(jìn)行操作時(shí)，護(hù)欄能夠在10 min 內(nèi)開啟不少于10 m 的長(zhǎng)度[2]。其次開口護(hù)欄在滿足靈活移動(dòng)的同時(shí)要具備規(guī)定的防撞能力。我國(guó)目前具有相應(yīng)防撞能力的護(hù)欄基本不具備靈活開啟的功能；而現(xiàn)有的開口護(hù)欄多為插拔式、推拉式或充水充砂式，均不具備規(guī)定的防撞能力，且此類開口護(hù)欄大多耗費(fèi)鋼材數(shù)量巨大，如能開發(fā)一種利用老舊護(hù)欄結(jié)構(gòu)材料的開口護(hù)欄，更符合國(guó)家推行的節(jié)能減排的理念。因此，結(jié)合開口護(hù)欄研發(fā)經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)規(guī)范要求，提出開口護(hù)欄設(shè)計(jì)新理念：利用二波形護(hù)欄設(shè)計(jì)開口護(hù)欄，在護(hù)欄連接處設(shè)置快速開啟結(jié)構(gòu)，護(hù)欄開啟時(shí)可滿足全部開啟、閉合時(shí)具有可靠的安全防護(hù)性能[3]。

2 開口護(hù)欄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

依據(jù)開口護(hù)欄新理念設(shè)計(jì)出的新型組合式開口護(hù)欄同時(shí)具備快速開啟和安全防護(hù)功能。

2.1 開口護(hù)欄結(jié)構(gòu)

新型組合式開口護(hù)欄由護(hù)欄標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和連接銷組成，其兩端與中央分隔帶護(hù)欄連接。

1）護(hù)欄標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長(zhǎng)4.32 m，其主要結(jié)構(gòu)件有厚度為4 mm 的二波形梁板，利用老舊二波板，推行國(guó)家節(jié)能減排，連接部位使用2 塊連接板分別與二波板搭接，在連接板內(nèi)側(cè)設(shè)置一處插銷孔，使用插銷固定，開口護(hù)欄標(biāo)準(zhǔn)單元在開啟過程中只需拔出立柱與銷釘即可。

2）護(hù)欄立柱設(shè)計(jì)間距1.75 m，小于標(biāo)準(zhǔn)護(hù)欄的2 m立柱間距，增加結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度，減小護(hù)欄變形量，保障車輛安全；為了方便其安裝，護(hù)欄板之間預(yù)留6 mm伸縮縫。

3）設(shè)計(jì)插拔立柱規(guī)格為Φ140mm×4.5mm×1 255 mm，路面以下立柱插入深度為300 mm，據(jù)了解路面下結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常含有管線且可能包含水穩(wěn)結(jié)構(gòu)，為了保障現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)不被破壞，設(shè)計(jì)立柱插入深度300 mm。

4）高速公路護(hù)欄設(shè)置情況復(fù)雜，需充分考慮開口護(hù)欄與過渡段連接，保障連接平順，從高度、剛度、寬度去多維度解決過渡問題，保證護(hù)欄的安全性。

2.2 過渡段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高度不一絆阻、剛度突變難以引導(dǎo)、迎撞面過渡搭接不均都是目前現(xiàn)有開口護(hù)欄過渡段所面臨的問題，極易引起失控車輛發(fā)生絆阻、翻車等事故，嚴(yán)重危急行車安全[4]。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)充分考慮過渡段問題，對(duì)過渡段進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)。

1）開口護(hù)欄端部與二波板護(hù)欄過渡：拆除原有開口護(hù)欄及前后各4 m 波形梁護(hù)欄，上部設(shè)置2 塊二波變?nèi)ㄗo(hù)欄，下部設(shè)置2 塊二波護(hù)欄，端部二波板設(shè)置圓形包頭，且中間立柱需澆筑混凝土基礎(chǔ)。

2）開口護(hù)欄與砼護(hù)欄過渡：拆除原有開口護(hù)欄，在開口護(hù)欄與砼護(hù)欄之間設(shè)置2 塊二波板，使用膨脹螺栓將二波板與砼護(hù)欄連接，使用高強(qiáng)螺栓將二波板與開口護(hù)欄連接。

3）拆除開口護(hù)欄及前后各4 m 波形梁護(hù)欄，在兩側(cè)上部設(shè)置1 塊二波變?nèi)ㄗo(hù)欄，一端與開口護(hù)欄連接，另一端與三波梁護(hù)欄連接。下部設(shè)置2 塊二波護(hù)欄，端部安全圓形端頭，完成開口護(hù)欄與三波護(hù)欄的過渡。

3 裝配式開口護(hù)欄安全性能評(píng)價(jià)

開口護(hù)欄的安全性能評(píng)價(jià)根據(jù)JTG B05-01—2013《公路護(hù)欄安全性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)要求，采用小型客車、中型客車和中型貨車3 種車型分別對(duì)護(hù)欄進(jìn)行碰撞試驗(yàn)。實(shí)車足尺碰撞試驗(yàn)是按照規(guī)定的試驗(yàn)碰撞條件，采用1∶1 比例的試驗(yàn)車輛與試驗(yàn)護(hù)欄進(jìn)行碰撞，見表1，基于檢測(cè)所獲取的試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合評(píng)價(jià)護(hù)欄安全性能的方法[5]。

表1 A 級(jí)試驗(yàn)條件

3.1 小型客車試驗(yàn)結(jié)果

小型客車碰撞開口護(hù)欄中部和端部行駛軌跡如圖1 所示，顯示小型客車在與護(hù)欄發(fā)生碰撞后平穩(wěn)駛出，隨即恢復(fù)正常行駛狀態(tài)，護(hù)欄的導(dǎo)向性能良好；未發(fā)生穿越、翻越和跨越護(hù)欄等現(xiàn)象，護(hù)欄阻擋功能滿足評(píng)價(jià)指標(biāo)要求。

圖1 小型客車行駛軌跡

小型客車碰撞開口護(hù)欄中部緩沖性能評(píng)價(jià)如圖2所示，司乘碰撞速度的縱向最大分量為3.6 m/s、橫向最大分量為6.3 m/s，均不大于12 m/s；司乘碰撞后加速度的縱向分量為34.2 m/s2、橫向分量為94.3 m/s2，均不大于200 m/s2。小型客車碰撞開口護(hù)欄端部緩沖性能評(píng)價(jià)如圖3所示，司乘碰撞速度的縱向分量最大為3.7 m/s，橫向最大分量為6.0 m/s，均不大于12 m/s；司乘碰撞后加速度的縱向分量為85.2 m/s2，橫向分量為140.0 m/s2，均不大于200 m/s2，滿足評(píng)價(jià)指標(biāo)要求，且各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)異。

圖2 小型客車中部加速度與碰撞速度

圖3 小型客車端部加速度與碰撞速度

3.2 中型客車試驗(yàn)結(jié)果

中型客車碰撞開口護(hù)欄中部和端部行駛軌跡如圖4，顯示中型客車在與護(hù)欄發(fā)生碰撞后平穩(wěn)駛出，隨即恢復(fù)正常行駛狀態(tài)，護(hù)欄的導(dǎo)向性能良好；未發(fā)生穿越、翻越和跨越護(hù)欄等現(xiàn)象，護(hù)欄阻擋功能滿足評(píng)價(jià)指標(biāo)要求。

圖4 中型客車行駛軌跡

3.3 中型貨車試驗(yàn)結(jié)果

中型貨車碰撞開口護(hù)欄中部和端部行駛軌跡如圖5 所示，顯示中型貨車在與護(hù)欄發(fā)生碰撞后平穩(wěn)駛出，隨即恢復(fù)正常行駛狀態(tài)，護(hù)欄的導(dǎo)向性能良好；未發(fā)生穿越、翻越和跨越護(hù)欄等現(xiàn)象，護(hù)欄阻擋功能滿足評(píng)價(jià)指標(biāo)要求。

圖5 中型貨車行駛軌跡

小型車輛未發(fā)生下鉆，緩沖指標(biāo)較優(yōu)。中型車輛未發(fā)生碾壓，且護(hù)欄變形及車輛外傾較小，護(hù)欄防護(hù)效果較好，見表2。各項(xiàng)指標(biāo)均滿足JTG B05-01—2013《公路護(hù)欄安全性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)指標(biāo)要求，裝配式開口護(hù)欄安全性能滿足Am 級(jí)防護(hù)等級(jí)要求。

表2 中型客車與中型貨車系統(tǒng)變形情況m

4 結(jié)束語

本文基于現(xiàn)有高速公路對(duì)開口護(hù)欄的需求，結(jié)合高速公路開口護(hù)的欄應(yīng)用情況，設(shè)計(jì)了裝配式開口護(hù)欄，提出了開口護(hù)欄開啟時(shí)具備快速開啟功能、閉合時(shí)應(yīng)具有可靠的安全防護(hù)功能的設(shè)計(jì)新理念，并提出了利用二波板等老舊護(hù)欄結(jié)構(gòu)進(jìn)行新型防撞開口護(hù)欄設(shè)計(jì)的方案。按照J(rèn)TG B05-01—2013《公路護(hù)欄安全性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，通過實(shí)車碰撞試驗(yàn)驗(yàn)證了該新型開口護(hù)欄的安全性能，填補(bǔ)了對(duì)中央分隔帶開口護(hù)欄的空缺，并在福建某高速全線應(yīng)用，設(shè)計(jì)及應(yīng)用在開口護(hù)欄安全防護(hù)領(lǐng)域具有重要意義，也為今后開口護(hù)欄的設(shè)計(jì)及研發(fā)提供借鑒。