高速公路在用波形梁护栏适应性评价和提升改造技术研究

早期修建的高速公路波形梁护栏已经达到或接近使用年限,防护能力水平与现阶段交通流的适应性问题突出。对某高速公路在用路侧波形梁护栏的适应性评价和提升改造技术进行研究。对运营期间可能发生变化的波形梁护栏结构参数进行现场检测,包括波形梁板中心高度及波形梁板、立柱和防阻块的镀锌涂层厚度等,并对波形梁板进行取样并实验室送检,检测材料力学性能。波形梁板出现明显锈蚀,材料力学性能仍然能够满足要求,腐蚀导致的波形梁板有效厚度减小将影响护栏的防护能力。结合现行设计规范的规定以及护栏防护比例的分析,对应于路侧事故严重程度为"中"和"低"时,路侧波形梁护栏的防护等级应分别达到SB级(280kJ)和A级(160kJ)。根据护栏适用性评价结论,综合考虑经济性和运营安全风险,建议的处置措施包括原设置护栏防护能力保持和提升。在事故率以及事故风险较低的路段,建议更换锈蚀严重的波形梁板,更换的过程中应确保波形梁板中心高度满足容许偏差要求。在事故风险较高的路段或者曾发生过护栏防护失效事故的路段,建议将护栏提升改造为满足《公路交通安全设施设计细则》(JTG/T D81—2017)的要求,并给出经实车碰撞试验验证、防护等级达到A级(160 kJ)的双层双波护栏改造方案。防护等级SB级(280 kJ)的护栏提升改造建议采用拆除原护栏、设置JTG/T D81—2017规定的SB级波形梁护栏的处置方案。     

北京市公路特殊路段防撞护栏碰撞试验条件研究

现行公路规范规定护栏最高防撞能量为520 kJ,不能满足水资源保护区、水库、跨越干线铁路等特殊危险路段的安全防护需要,通过对北京市各高速公路交通流状况调查分析,对特殊路段护栏碰撞能量和碰撞试验条件进行研究,提出适合北京地区特殊防护路段护栏的碰撞试验条件为33 t重大货车以65 km/h速度、20°角碰撞护栏,碰撞能量为630 kJ,为新型高防护等级护栏的研究开发奠定基础。     

高寒地区高速公路中央分隔带节地型钢护栏

为适应高寒地区地形、地物对高速公路中间带安全防护的特殊要求,提出中间带节地型梁柱式钢护栏结构,以满足结构通透易除雪、占地空间小的目的。并根据不同路段的防护需求,开发了一种形式两种等级(Am级、SBm级)的护栏结构。采用计算机仿真与实车足尺碰撞试验相结合的手段对护栏进行安全性评价,结果表明:护栏阻挡功能、缓冲功能、导向功能各项指标均满足规范要求,护栏最大横向动态变形值小于500mm,车辆碰撞后护栏不侵入对向车道。同时也表明计算机仿真技术应用于护栏开发及安全性评价的可行性。     

高防护等级景观桥梁钢护栏的结构优化与评价

针对人本型高防护等级景观桥梁钢护栏建立有限元仿真模型,采用LS-DYNA显式有限元程序进行求解,对护栏结构进行优化研究和初步验证,最后根据试验碰撞条件利用实车碰撞试验对护栏进行最终安全评价。实车碰撞试验结果表明:碰撞后车辆能够恢复正常行驶姿态,各项评价指标均满足评价标准要求,护栏防护能力达到现行规范规定的最高防护等级HA级(防护碰撞能量760k J)。     

城市道路用新型中分带护栏开发

结合依托工程,参考国内外相关标准,综合城市快速路桥梁交通流状况、景观以及维护要求等因素,提出一种新型城市用中央分隔带护栏结构,运用有限元仿真技术对其进行优化和安全防护性能评价。结果表明,新型中央分隔带护栏结构能够有效阻挡车辆,护栏各项指标均满足评价标准要求,防撞等级达到Am级,适用于城市快速路中央分隔带。     

公路波形梁护栏改造临界高度仿真研究

针对公路加铺罩面导致路侧波形梁护栏防护高度下降引起的波形梁护栏防护等级不足问题,运用HyperMesh和LS-DYNA联合仿真方法,基于加铺罩面导致的护栏高度降低值建立了5种高度的二(B)级波形梁护栏有限元模型,开展了皮卡车、货车分别碰撞护栏的仿真试验。选择车辆侧翻、车辆重心加速度、车辆驶出角度、护栏最大动态变形量4个指标对护栏的防撞性能进行评价。研究结果表明:护栏高度与车辆重心加速度、驶出角度呈负相关关系,与最大动态变形量呈正相关关系。当护栏高度低于标准护栏高度150 mm时,皮卡车与货车均会发生侧翻。因此,车辆重心加速度、驶出角度、车辆侧翻指标能够用于护栏加高的判断指标。综合各指标分析结果,当二(B)级波形梁护栏高度低于标准时,需要进行加高设计。     

HA级三横梁组合式桥梁护栏设计优化

为提升一些特殊危险路段公路护栏对于大型车辆的防护能力,依据相关标准及规范规定,结合经实车碰撞试验验证的某三横梁组合式桥梁护栏结构,通过优化施工方便性与经济性,提出一种三横梁组合式护栏优化结构,并采用有限元仿真的技术手段,对其安全防护性能进行分析,结果表明:优化结构具有与通过碰撞试验验证的桥梁护栏相当或略优的安全性能指标,防护等级可达到HA级。研究结果能够在特殊危险路段对大型车辆形成良好防护,可有效降低由于大型运输车辆穿越或翻越桥侧护栏坠落桥下的事故严重程度。     

高防护等级组合式护栏施工工艺研究

随着公路交通的快速发展,公路建设条件越来越严峻,高墩大跨、高陡边坡和跨公路铁路等危险度较高的特殊路段所占比例增大,增加了车辆坠桥、坠崖等恶性以及恶性二次事故的发生概率。《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01—2013)对HB级高防护等级组合式护栏提出了要求,本文在50m长护栏试验段的基础上,对护栏的施工工艺进行研究。     

一种适用小半径路段的多功能型中央分隔带护栏开发

针对传统护栏在小半径曲线段安装困难以及防护能力不足的现状,研发了一种在小半径曲线路段安装方便的新型多功能型中央分隔带护栏。基于现行规范要求,建立了相应的显式有限元碰撞仿真模型,利用有限元分析软件进行了车辆与所研发多功能型护栏的非线性碰撞仿真计算,结果表明该结构护栏满足四级(SB级,防护能量≥280kJ)碰撞能量的防撞等级要求,各项碰撞安全性能指标均符合现行标准要求。在小半径曲线路段与应用于中央分隔带的传统波形梁和混凝土护栏进行了仿真对比分析,其在导向、缓冲、吸能功能上优于传统波形梁护栏和混凝土护栏。     

青兰高速公路邯郸至涉县段护栏设计研究

利用国内高速公路事故调查分析结果,对青兰高速公路不同路段的亿车公里死亡率进行预测计算,在确保不同防护等级的路段亿车公里死亡率在合理范围之内的前提下,对不同路段设置不同防撞等级的护栏,有效地避免了由于设计人员对规范认识和理解的偏差,而导致护栏设计防护能力不足或防护过度的问题,从而保证全线护栏的安全防护等级符合需求,提高道路的运营安全性.     

在用桥梁护栏安全性能改进方法研究

为探讨在用桥梁护栏安全性能改进方法,通过实际交通流的观测分析,确定了在用护栏安全性能的检验条件。利用力学分析和三维有限元模拟,确定了兼顾桥梁主体结构安全性和护栏防护性能的在用桥梁护栏安全性能评价方法。设计了具有双层护栏结构的在用桥梁护栏改造方案。结果表明:在用桥梁护栏的典型碰撞检验车辆应选择实际交通流中占有较大比重的车型或需要重点防护的车型,碰撞检验速度取实际交通流的85%位运行速度;在用桥梁护栏安全性能评价应包括防护性能评价和桥梁主体结构安全性评价两部分;内侧梁柱式护栏与外侧组合式护栏结合的改造方案可满足桥梁主体结构安全性要求,防护能力为SS级;在保证防护能力的前提下,可通过景观优化设计使改造后的护栏与环境景观相协调。     

基于运行速度的仁赤高速公路危险路段路侧护栏防撞等级选择分析

高速公路路侧护栏是阻挡车辆冲出路外的安全屏障,其阻挡作用的强弱直接关系到事故的严重程度。针对仁赤高速公路未来可能面对的不同车型,根据已有的道路线形等因子进行速度测算,以得到的运行速度曲线为依据对高速公路路段护栏选取的防撞等级进行合理选择,最后得到危险路段应当设置的最佳护栏防撞等级。实例分析证明,该方法能为危险程度较大的道路路段提供较优的护栏等级选择,便于为安保设计人员提供参考。     

高速公路中央分隔带景观混凝土护栏结构研究与安全性能评价

为提高中央分隔带护栏防护能力,改善现有中央分隔带混凝土护栏景观效果及连接构件耐久性,通过对混凝土护栏的景观造型及纵向连接方式的改进,采用三维效果图、1∶1模型制作、计算机仿真计算、实车足尺碰撞试验等方法,提出了一种墙体设置长圆孔及纵向采用错台搭接方式连接的新型中央分隔带景观混凝土护栏结构。根据新颁布的护栏安全性能评价标准对护栏结构进行实车碰撞试验表明,车辆碰撞护栏后能够平稳驶出,并能够恢复正常行驶姿态,各项指标均满足评价标准要求,护栏防护等级达到SAm级(防护能量400k J)。可见新型中央分隔带景观混凝土护栏满足安全目标要求,可在实际工程中应用。     

高速公路高性能混凝土移动式护栏

对于施工现场的人员和高速公路上行驶车辆的驾驶者而言,选择适宜的安全性护栏是很有必要的,且依赖于现场交通环境和国家高速公路网规划.某些国家的高速公路管理者在选用护栏时具有相当大的自由度,而在多数国家对高速公路护栏性能分类及其适用范围有非常详细的要求.市场要求高速公路安全护栏产品具有较宽的范围,一般而言,这些安全护栏必须按照欧洲EN 1317和美国MASH标准满足车辆碰撞试验的要求.现场制作的高速公路混凝土护栏在各个防护等级下有多种解决方案,除此外,在特殊场合,为了优化高速公路护栏的安全性能,交通管理者可选择护栏的各种设计类型及其高度.随着高速公路重型车辆的增多,需要使用更高防护等级的护栏系统.当高速公路需要分离对向交通流或靠近现场施工时,轻型护栏是较佳的选择.现代高速公路高性能护栏满足了所有安全防护等级的要求.对国家权威检验机构及高速公路管理者来说,对护栏系统的正确选择以及提出合理的功能要求是必要的.     

高速公路跨铁路桥梁护栏安全性能提升研究

为提升某跨铁路高速公路桥梁护栏的安全防护功能,运用调查分析、有限元计算与实车足尺碰撞试验综合技术手段,了解跨铁路高速公路桥梁护栏应具有高防护等级与减小车辆碰撞护栏时侧倾量的特殊防护需求,而原有护栏经过分析不满足该防护需求。针对这种情况提出了升级改造方案,并对方案的安全可靠性进行了验证。结果表明:护栏经1.5t小客车100km/h、18t大型客车80km/h、33t整体大货车60km/h以20°夹角碰撞检测,乘员碰撞后加速度最大为70.6m/s2,乘员碰撞速度最大为8.4m/s,大型客车与整体大货车碰撞护栏后最大动态外倾当量值分别为0.38m和0.41m,护栏达到了SS级高防护等级和车辆碰撞后低侧倾量的功能要求;护栏基座预埋螺栓经计算机仿真校核,其受力满足强度要求;结合现场设置条件及规范要求进行设计的护栏端部过渡结构,经计算机仿真分析验证,其具有安全可靠性。研究成果提高了跨铁路桥梁路段运营安全水平。     

新型四级多功能型护栏实车足尺碰撞试验研究

为了提高武易高速公路双向行驶匝道区域的行车安全性,针对目前应用于高速公路护栏的不足之处,提出了一种新型四级(SB)多功能型护栏,该护栏采用模块化设计,刚度合理,在车辆碰撞产生横向变形较小的条件下具有较好的缓冲吸能功能。为验证护栏是否满足《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01-2013)规定的四级(SB级,防护能量≥280kJ)防护等级的要求,依据评价标准采用小型客车、中型客车、大型货车对护栏进行了实车足尺碰撞试验,试验结果表明新型四级(SB)多功能型护栏满足评价标准要求,护栏最大横向动态变形值满足武易高速公路实际要求,可以应用于工程实际。     

高防护等级开口护栏端部结构设计及安全性评价

开口护栏端部与中央分隔带标准段护栏之间过渡连接的安全性是影响开口护栏防护功能完整性及中央分隔带防护体系功能连续性的关键。基于长益复线高速高防护等级开口护栏成果,结合中央分隔带标准段SAm级整体式F型混凝土护栏结构,遵循过渡合理、牢固连接、结构简单、经济适用的原则,采用理论分析、计算机仿真技术等方法,对开口护栏端部与标准段护栏的过渡连接结构进行了设计研究与优化,并通过实车足尺碰撞试验对其安全性能进行了评价。评价结果表明:高防护等级开口护栏端部结构设计合理,满足现行评价标准中五级(SA级)的安全性能指标要求。所得成果完善了中央分隔带开口处的安全防护性能,提升了高速公路整体运营安全水平。     

高防护等级组合型开口护栏结构探析

对高防护等级组合型开口护栏标准段结构进行探索分析,建立有限元仿真模型,并采用LS-DYNA显示有限元程序进行求解,从护栏整体高度、摩擦梁强度及刚度、摩擦梁高度3个方面对护栏进行优化,最终通过实车足尺碰撞试验对开口护栏进行安全性评价。试验结果表明:碰撞后车辆逐渐恢复到正常行驶姿态,各项评价指标满足《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01—2013)的要求。所提出的开口护栏标准段结构为五(SA)级中央分隔带开口护栏的最终成功研发奠定了基础。     

隧道入口护栏防护提升与乘员安全适应性分析

为提升高速公路隧道入口护栏的安全性能,采用调研分析、实车足尺碰撞试验和有限元仿真模拟综合研究方法,了解隧道入口护栏设置现状和安全防护提升需求,提出一种新型高防护等级金属梁柱式护栏,并给出其在隧道入口处的合理过渡设计。研究结果显示：护栏结构安全性能经实车碰撞试验验证,防护等级达到六（SS）级;护栏乘员安全适应性能经1.5 t小客车100 km/h和33 t大货车60 km/h以20°角碰撞模拟,车辆碰撞护栏时假人头部性能指标HPC均小于1 000,假人胸部压缩指标THCC均小于75 mm,假人大腿压缩力指标FFC均小于10 kN,假人各项性能指标均满足要求,护栏方案对车辆乘员安全适应性能较优,能够较好地保护车内乘员安全。研究为隧道入口护栏的安全性能提升及实际工程应用提供了有价值的参考。     

高速公路旧波形梁护栏实际防护等级评价方法研究

我国高速公路经过20 a的快速发展,波形梁护栏是我国高速公路上应用最广泛的护栏形式,在日常养护和改扩建工程中经常涉及到旧护栏防护等级评价的问题。通过对旧波形梁护栏使用情况的调研,建立了旧波形梁护栏实际防护等级评价模型,对影响波形梁护栏防护等级的结构形式、防护范围、立柱和波形板材料性能、立柱埋深、土压实度等指标进行量化处理,对护栏的防护性能进行计算,以确定处于不同运营阶段的波形梁护栏具备的实际防护等级。