魏連雨，馮 雷，宋 楊,2，張海峰,3

(1. 河北工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，天津 300401；2. 河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校，河北 滄州 061000 3. 華北高速公路股份有限公司，北京 100176)

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基于失控車輛誘導(dǎo)的斜護(hù)墩設(shè)計(jì)

魏連雨1，馮 雷1，宋 楊1,2，張海峰1,3

(1. 河北工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，天津 300401；2. 河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校，河北 滄州 061000 3. 華北高速公路股份有限公司，北京 100176)

為建設(shè)更加安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的低等級公路側(cè)路安保設(shè)施，提出了斜護(hù)墩的概念。通過結(jié)合HYPERMESH和LS-DYNA兩種軟件，對斜護(hù)墩、道路以及車輛碰撞模型體系進(jìn)行整合，建立起完整的碰撞模型；使用LS-PREPOST對不同旋轉(zhuǎn)角下車輛與斜護(hù)墩碰撞結(jié)果進(jìn)行了數(shù)值分析。研究表明：斜護(hù)墩對失控車輛有著良好的誘導(dǎo)能力。結(jié)合公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范，針對不同線型路段特點(diǎn)進(jìn)行斜護(hù)墩旋轉(zhuǎn)角度及布設(shè)間距研究，提出了一套較為完整的低等級公路路側(cè)安保設(shè)施解決方案。

道路工程；斜護(hù)墩；數(shù)值模擬；低等級公路；路側(cè)安保設(shè)施

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，公路網(wǎng)的建設(shè)也取得了巨大的成就，其中三級、四級等低等級公路占很大比例。由于建設(shè)資金不充裕，部分低等級公路存在著安保設(shè)施不齊全的問題，許多學(xué)者已經(jīng)在這方面展開了研究[1-2]。一些山區(qū)公路，依山臨河而建，如果缺乏路側(cè)安保設(shè)施，一旦車輛在這些路段沖出路面，后果將會十分嚴(yán)重。根據(jù)近幾年事故資料統(tǒng)計(jì)[3]，由于安保設(shè)施不健全所引發(fā)的的事故已經(jīng)成為交通事故主要原因之一。

路側(cè)安保設(shè)施種類繁多，從設(shè)置特點(diǎn)上進(jìn)行分類有連續(xù)式護(hù)欄，間斷式護(hù)墩和警示類護(hù)樁等。從材料上分類有金屬類護(hù)欄，鋼筋混凝土類護(hù)欄和新材料類防護(hù)設(shè)施等[4]。從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上分類有纜索式護(hù)欄，波形梁護(hù)欄，連續(xù)混凝土護(hù)欄，防護(hù)墩，警示樁以及各種仿生防護(hù)設(shè)施等。連續(xù)式的金屬護(hù)欄和混凝土護(hù)欄一般造價(jià)較高、防護(hù)效果好，而間斷式護(hù)墩或警示樁造價(jià)便宜但防護(hù)效果較差。

對于低等級公路安保設(shè)施設(shè)計(jì)，也有很多學(xué)者進(jìn)行了研究。王仁偉等[5]對山區(qū)公路路側(cè)護(hù)欄等級選擇方法進(jìn)行了總結(jié)；李雷等[6]提出了低成本的箱式填石護(hù)欄，徐倩等[7]對山區(qū)公路不同碰撞角度下的護(hù)欄結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析優(yōu)化。

為解決低等級公路路側(cè)安保設(shè)施的問題，筆者設(shè)計(jì)了一種新型間斷式混凝土防護(hù)墩，即斜護(hù)墩。斜護(hù)墩通過一定程度角度轉(zhuǎn)動以間斷式護(hù)墩設(shè)置形式達(dá)到了連續(xù)護(hù)欄的誘導(dǎo)防護(hù)效果，以較少的建設(shè)資金投入，超低的養(yǎng)護(hù)成本，最大限度的減少低等級公路路側(cè)事故造成的人員和財(cái)產(chǎn)損失。

1 設(shè)計(jì)綜述

平順的線型、平整的路面都有利于行車安全。但在車輛發(fā)生事故時(shí)，則主要依靠路側(cè)安保設(shè)施對失控車輛進(jìn)行保護(hù)，其保護(hù)作用主要有三個方面：

1)能夠更加清晰的描繪出前方道路線性變化及道路輪廓，對駕駛員的駕駛起到良好的誘導(dǎo)作用，增加駕駛員行車安全感，并有一定程度的美化道路的作用。

2)在車輛失控時(shí)，通過與護(hù)欄的碰撞，能使車輛完成較小角度的轉(zhuǎn)向，回到正常的形式路線中。在發(fā)生較大事故時(shí)，能起到阻拌車輛越出路外的作用，防止發(fā)生二次事故。

3)在碰撞中通過自身變形或使得車輛在一定程度上重心升高轉(zhuǎn)化成勢能，以此降低碰撞能量，減小撞擊對駕駛員和乘客以及車輛的傷害。

不同類型的路側(cè)安保設(shè)施所能達(dá)到的保護(hù)效果也不相同，逼著將一些典型的路側(cè)安保設(shè)施功能及特點(diǎn)進(jìn)行了匯總，如表1。

表1 不同類型路側(cè)安保設(shè)施對比

由表1可以發(fā)現(xiàn)，防護(hù)效果較好的主要是連續(xù)護(hù)欄，但造價(jià)較高；而造價(jià)低的間斷式護(hù)墩、警示樁，防護(hù)效果又不理想。對比高等級公路，許多低等級公路依山傍水，路側(cè)就是懸崖，十分危險(xiǎn)，路側(cè)安保設(shè)施的設(shè)置又十分必要。多數(shù)低等級公路為了節(jié)省建設(shè)費(fèi)用，公路線型多依照地形設(shè)計(jì)，彎道較多，線性較差，設(shè)計(jì)時(shí)速較低。在較低的行駛速度下，車輛失控碰撞的能量較小，這也使得修建較為經(jīng)濟(jì)的路側(cè)安保設(shè)施成為可能。

間斷式護(hù)墩作為路側(cè)安保設(shè)施最大的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)耐用，修建及養(yǎng)護(hù)都比較方便。缺點(diǎn)主要是由于是間斷式布置，對失控車輛誘導(dǎo)能力差，如果失控車輛撞擊在墩頭處，會產(chǎn)生極大的碰撞能量。除了對車輛造成極大的傷害，也對護(hù)墩質(zhì)量提出了極高的要求。同時(shí)規(guī)范中給出的建議布設(shè)間距沒有根據(jù)線性和設(shè)計(jì)時(shí)速進(jìn)行優(yōu)化，也造成財(cái)產(chǎn)和資源的浪費(fèi)。為優(yōu)化間斷式護(hù)墩作為路側(cè)安保設(shè)施的防護(hù)效果和建設(shè)成本，逼著以安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保作為設(shè)計(jì)理念，綜合以上低等級公路的特點(diǎn)，結(jié)合JTG D81—2006《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》[8](以下簡稱《規(guī)范》)中相關(guān)規(guī)定和要求研究設(shè)計(jì)了一種新型的間斷式混凝土斜護(hù)墩，用以配套建設(shè)低等級公路路側(cè)安保設(shè)施。

斜護(hù)墩是一種間斷式路側(cè)安保設(shè)施，通過轉(zhuǎn)動上部墩塊使之與行車路面方向形成一定角度，避免車輛直接撞擊墩頭處，對失控車輛產(chǎn)生良好的誘導(dǎo)，在一定程度上實(shí)現(xiàn)連續(xù)護(hù)欄的效果。同時(shí)根據(jù)道路線形、設(shè)計(jì)及運(yùn)行時(shí)速及交通流構(gòu)成進(jìn)行斜護(hù)墩旋轉(zhuǎn)角度及布設(shè)間距設(shè)計(jì)，進(jìn)一步降低建設(shè)成本，達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的效果。

2 數(shù)值仿真模擬

在進(jìn)行斜護(hù)墩布設(shè)間距及具體形式設(shè)計(jì)前，首先要確定斜護(hù)墩的保護(hù)效果以及影響斜護(hù)墩保護(hù)效果的重要因素。圖1為斜護(hù)墩布設(shè)示意及與普通間斷式護(hù)墩的對比。

圖1 斜護(hù)墩與普通護(hù)墩對比及斜護(hù)墩保護(hù)車輛平面示意Fig.1 Oblique and general nursing care pier contrast and oblique care protection plan view of the vehicle

連續(xù)護(hù)欄相比較間斷式護(hù)墩最大的優(yōu)勢是連續(xù)護(hù)欄以改變失控車輛行駛方向?yàn)橹鳎辛己玫恼T導(dǎo)能力[9]，減小與車輛發(fā)生大角度碰撞而產(chǎn)生極大的沖擊力，同時(shí)連續(xù)護(hù)欄可以作為整體吸收碰撞能量，避免車輛沖出路面。對于普通間斷式護(hù)墩來說，失控車輛有50%的幾率與墩頭發(fā)生碰撞。如果車輛一旦與護(hù)墩墩頭發(fā)生碰撞，會產(chǎn)生極大的碰撞能量，對車輛造重大損傷，如圖1(a)。同時(shí)失控車輛也有可能沖垮護(hù)墩越出路外，造成二次傷害，這是筆者設(shè)計(jì)斜護(hù)墩時(shí)首要避免的問題。斜護(hù)墩則通過自身轉(zhuǎn)動一定角度及布設(shè)間距的變化，保證車輛在以一定角度沖出路面時(shí)被墩身阻攔而不碰撞在墩頭，以達(dá)到良好的誘導(dǎo)效果。

斜護(hù)墩碰撞角為沖出路面角度α及斜護(hù)墩自身轉(zhuǎn)動角度β之和，較之于普通間斷式護(hù)墩及護(hù)欄碰撞角要大，故本節(jié)數(shù)值模擬主要研究確定車輛沖擊斜護(hù)墩時(shí)運(yùn)動軌跡狀態(tài)以及碰撞碰撞角度極限值，用以指導(dǎo)后文斜護(hù)墩具體設(shè)計(jì)。

2.1 建立模型

考慮到是低等級道路路側(cè)安保設(shè)施，參照規(guī)范中公路護(hù)欄防撞等級B級要求，試驗(yàn)車質(zhì)量10 t，碰撞速度40 km/h為基本條件建立模型。碰撞模型使用卡車總重9.99 t，總高度3.33 m，寬度2.4 m，總長8.6 m。模型主體采用殼單元，單元厚度為4.3 mm，采用24號材料MAT-PIECEWISE-LINEAR-PLASTICITY。懸架采用殼單元，單元厚度7.3 mm，采用24號材料。輪胎胎面采用殼單元，單元厚度20 mm，側(cè)胎單元厚度10 mm，并均選用1號材料。模型中路面采用剛性材料，斜護(hù)墩高度80 cm，護(hù)墩設(shè)置為矩形，長200 cm，寬40 cm。以行車方向前端護(hù)墩中心為軸心向路外旋轉(zhuǎn)不同角度。模型如圖2。

圖2 車輛碰撞整體模型Fig.2 Vehicle collision overall model

本次數(shù)值模擬計(jì)算假設(shè)條件如下：

1)假設(shè)車輛失控駛出路面為首次碰撞；

2)不考慮空氣阻力影響，對車輛直接施加重力場；

3)考慮碰撞中摩擦影響，假設(shè)斜護(hù)墩在碰撞中不發(fā)生破壞；

4)假設(shè)碰撞前后車輛在初始設(shè)定條件下自由運(yùn)動，不受駕駛影響。

2.2 碰撞結(jié)果分析

本次模擬假設(shè)車輛沖出路面角度為20°，共分析了斜護(hù)墩旋轉(zhuǎn)角度5～40°(步長為5°)等8種不同情況，其碰撞角分別為25～60°[10]。此外，還進(jìn)行了車輛碰撞墩頭的仿真模擬。數(shù)值模擬計(jì)算主要在LS-DYNA中進(jìn)行，使用LS-PREPOST進(jìn)行分析可以得到9組仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。從車輛軌跡、車輛行駛速度變化、撞擊力大小等方面進(jìn)行分析，結(jié)果如表2。

表2 數(shù)值模擬結(jié)果分析

由表2可知，車輛撞擊墩頭時(shí)車輛直接損毀，撞擊力峰值遠(yuǎn)大于與斜護(hù)墩碰撞時(shí)撞擊力。在車輛與斜護(hù)墩碰撞時(shí)，隨著碰撞角度的增大，車輛撞擊減速的加速度值以及撞擊力峰值都相應(yīng)變大。由碰撞軌跡可知，當(dāng)碰撞角度較小時(shí)，斜護(hù)墩對車輛的誘導(dǎo)作用主要是通過車頭及車身與護(hù)墩擦碰使得車身回到正常行駛方向。當(dāng)碰撞角較大時(shí)，車頭與護(hù)墩產(chǎn)生嚴(yán)重碰撞，阻攔車輛越出路外。車身發(fā)生傾斜甩尾，與后方護(hù)墩產(chǎn)生二次碰撞摩擦。

圖3為碰撞角為50°時(shí)行車軌跡。車輛于0.01 s碰撞到第1個斜護(hù)墩。第0.08 s車頭右側(cè)變形摩擦，車身發(fā)生輕微甩尾，車體向前行進(jìn)。第0.28 s車頭碰上第二個斜護(hù)墩，車身與第一個斜護(hù)墩摩擦，車體向前行進(jìn)。0.45 s車頭原理斜護(hù)墩，恢復(fù)正常行駛方向，顯示出斜護(hù)墩良好的誘導(dǎo)能力。

圖3 碰撞角為50°時(shí)車輛模型碰撞軌跡Fig.3 Vehicle model collision trajectory when the collision angle is 50 degree

通過數(shù)值模擬結(jié)果可知：斜護(hù)墩能夠?qū)囕v起到有效的誘導(dǎo)作用。碰撞角較小時(shí)，斜護(hù)墩在碰撞中改變失控車輛行駛方向，誘導(dǎo)車輛回到路面。同時(shí)應(yīng)注意到的是，誘導(dǎo)過程中車輛與護(hù)墩會產(chǎn)生較大面積摩擦，故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對斜護(hù)墩墩頭進(jìn)行優(yōu)化，以弧形面為宜，以免在摩擦中墩頭對車輛造成較大的二次損傷。碰撞角較大時(shí)，車輛與斜護(hù)墩產(chǎn)生嚴(yán)重碰撞摩擦，汽車重心升高，為保證車輛不側(cè)翻，車輛與斜護(hù)墩極限碰撞角取50°。碰撞角越大對車輛傷害越大，故在設(shè)計(jì)時(shí)斜護(hù)墩旋轉(zhuǎn)角β在綜合各方面因素時(shí)應(yīng)盡取最小值。

3 旋轉(zhuǎn)角及布設(shè)單位長度研究

現(xiàn)有規(guī)范給出的間斷式防護(hù)墩間距為2 m，為了更加經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保的建設(shè)低等級公路路側(cè)安保設(shè)施，逼著分析了研究低等級公路不同線型點(diǎn)，并設(shè)計(jì)出變間距斜護(hù)墩布設(shè)方案。

3.1 直線段條件下旋轉(zhuǎn)角及布設(shè)單位長度研究

首先討論直線段條件下斜護(hù)墩旋轉(zhuǎn)角及布設(shè)單位長度問題。圖1中：a代表護(hù)墩長度；b為最大布設(shè)單位長度，即一個護(hù)墩能夠保護(hù)道路的最大長度；c為車輛寬度；α為車輛沖出路面的角度；β為護(hù)墩旋轉(zhuǎn)的角度；車輛與斜護(hù)墩實(shí)際碰撞的角度為α與β兩者之和。這4個變量互相影響。

按照《規(guī)范》[8]建議，首先確定護(hù)墩長度a=2 m，小車車輛寬度c=2 m。據(jù)統(tǒng)計(jì)，85%以上的車輛是以<20°的角度沖出路面的，《規(guī)范》[8]中也規(guī)定我國護(hù)欄碰撞角度為20°，所以筆者設(shè)計(jì)車輛沖出路面角度α最大取值20°。通過分別改變α與β的值來確定b的長度，如表3，其變化規(guī)律如圖4。

表3 不同沖出角α下變化旋轉(zhuǎn)角β時(shí)最大布設(shè)單位長度b的變化情況

圖4 最大布設(shè)單位長度b隨α和β變化規(guī)律Fig.4 The law of the max unit length b changing with different α and β

最大布設(shè)單位長度b的計(jì)算如式(1)：

b=a·sin(180-α-β)/sinα

(1)

通過表3及圖4可以發(fā)現(xiàn)：隨著斜護(hù)墩旋轉(zhuǎn)角增大，最大布設(shè)單位長度b隨之增大。當(dāng)沖出角度較小時(shí)，b隨β增大趨勢較快；當(dāng)沖出角較大時(shí)，b隨β增大趨勢較緩。對于低等級公路來說，一個護(hù)墩能保護(hù)的道路長度b越長，建設(shè)費(fèi)用越經(jīng)濟(jì)；α與β角之和越小，碰撞能量越小。

在道路修建過程中，如果遇到較長的直線段，路面條件及視野較好時(shí)，考慮沖出角α?xí)r可以適當(dāng)取較小值；如果直線段較短，或是復(fù)雜線性中的一段直線段時(shí)，α宜取較大值。

3.2 曲線段條件下旋轉(zhuǎn)角及布設(shè)單位長度研究

較之于直線段，道路曲線段的斜護(hù)墩轉(zhuǎn)角及布設(shè)單位長度研究更為復(fù)雜，增加了由平曲線半徑?jīng)Q定的附加角γ等影響因素。圖5為左轉(zhuǎn)平曲線車輛沖出路面示意。

圖5 車輛在曲線段沖出路面平面示意Fig.5 Vehicles off the road in a curve segment schematic plan

車輛通過直線段進(jìn)入曲線段時(shí)，假設(shè)沿道路中心線行駛不轉(zhuǎn)向直行，與路緣線形成的夾角為γ。車輛在彎道失控沖出路面時(shí)，設(shè)計(jì)中采用最不利情況下沖出路面角度為α與γ角度之和。故在彎道中失控車輛沖出路面角度一般大于直線段失控情況，這也是彎道事故多發(fā)的原因之一。

左轉(zhuǎn)平曲線時(shí)γ角的取值主要是由平曲線半徑以及路面寬度所決定的，設(shè)平曲線半徑為r、路面寬度為d，則γ的計(jì)算如式(2)：

γ=arcos[r/(r+d)]

(2)

假設(shè)低等級公路為雙向兩車道，單幅路面寬度取3.75 m，表4為不同圓曲線半徑下γ角取值大小。

表4 不同圓曲線半徑值下γ角取值

左轉(zhuǎn)平曲線條件下斜護(hù)墩轉(zhuǎn)角及布設(shè)單位長度設(shè)計(jì)參照直線段設(shè)計(jì)情況，沖出路面角度取α與γ之和，斜護(hù)墩轉(zhuǎn)角β取值為斜護(hù)墩與平曲線切線夾角，碰撞角即為α，γ和β這三者之和，如圖3。最大布設(shè)單位長度b按直線段計(jì)算，施工時(shí)按曲線段弧長測量放樣，其計(jì)算如式(3)：

b=a·sin(180-α-γ-β)/sin(α+γ)

(3)

假設(shè)最不利情況下α=20°。表5為不同曲線半徑條件時(shí)各斜護(hù)墩旋轉(zhuǎn)角下的最大布設(shè)單位長度及碰撞角大小。圖6為各圓曲線半徑下不同旋轉(zhuǎn)角時(shí)最大單位布設(shè)長度變化趨勢。

表5 各圓曲線半徑下不同旋轉(zhuǎn)角時(shí)最大單位布設(shè)長度及碰撞角

圖6 各圓曲線半徑下不同旋轉(zhuǎn)角時(shí)最大單位布設(shè)長度變化趨勢Fig.6 Each curve radius with different rotation angles of the largest units of different length change trends

由表5及圖6可知，相同斜護(hù)墩旋轉(zhuǎn)角度下，圓曲線半徑越小，碰撞角度越大，最大布設(shè)單位長度b越??；相同圓曲線半徑下，斜護(hù)墩旋轉(zhuǎn)角度越大，碰撞角度越大，最小布設(shè)間距越大。對于墩長2 m的斜護(hù)墩來說，最大布設(shè)單位長度<3 m時(shí)，綜合考慮安全保護(hù)效果及經(jīng)濟(jì)效益，修建連續(xù)型護(hù)欄更為合理。當(dāng)圓曲線半徑<250 m時(shí)，極限碰撞角為50°的前提下，最大布設(shè)單位長度均<3 m。所以當(dāng)左轉(zhuǎn)圓曲線半徑<250 m時(shí)，宜布設(shè)連續(xù)護(hù)欄。

當(dāng)彎道為右轉(zhuǎn)平曲線時(shí)，失控車輛沖出路面角度為α與γ的差值，故碰撞角相應(yīng)比直線段路面要更小，斜護(hù)墩布設(shè)單位長度可相應(yīng)加大。但考慮彎道行車復(fù)雜性，故右轉(zhuǎn)平曲線斜護(hù)墩布設(shè)單位長度宜與其連接的直線段上斜護(hù)墩布設(shè)單位長度相同。

4 低等級公路斜護(hù)墩布設(shè)建議

通過對斜護(hù)墩防護(hù)誘導(dǎo)效果的仿真模擬分析，結(jié)合斜護(hù)墩在不同道路線型情況下旋轉(zhuǎn)角度及布設(shè)單位長度分析結(jié)果，筆者給出以下低等級道路斜護(hù)墩布設(shè)建議：

1)對于《規(guī)范》[8]要求設(shè)置路側(cè)護(hù)欄的山區(qū)公路必須設(shè)置護(hù)欄，如受到資金限制可以采用筆者提出的斜護(hù)墩進(jìn)行替代。

2)斜護(hù)墩旋轉(zhuǎn)角取值主要根據(jù)路緣修建條件確定。路緣寬度較大，斜護(hù)墩可以取較大旋轉(zhuǎn)角。

3)在較長直線段，視野及道路條件較好時(shí)，建議斜護(hù)墩旋轉(zhuǎn)角度在15～30°之間，具體取值根據(jù)路緣條件確定。相應(yīng)布設(shè)單位長度取4～10 m，具體長度依據(jù)旋轉(zhuǎn)角度計(jì)算取整得到。在銜接圓曲線的較短直線段宜采取保守設(shè)計(jì)，布設(shè)單位長度不宜>6 m。

4)在行車方向左轉(zhuǎn)圓曲線右側(cè)斜護(hù)墩布設(shè)須根據(jù)圓曲線半徑進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)圓曲線半徑<250 m時(shí)，宜采用連續(xù)護(hù)欄。當(dāng)圓曲線半徑>250 m時(shí)，隨圓曲線半徑增大可斜護(hù)墩布設(shè)單位長度從3 m逐漸變大，旋轉(zhuǎn)角取值從25°相應(yīng)減小，但布設(shè)單位長度不宜<4 m。

5)在行車方向右轉(zhuǎn)曲線右側(cè)斜護(hù)墩參照與其連接的直線段斜護(hù)墩布設(shè)單位長度進(jìn)行布設(shè)。

6)直線段與曲線段相接的緩和曲線段斜護(hù)墩布設(shè)單位長度宜線性遞增或遞減銜接。

5 視覺引導(dǎo)特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)效益分析

5.1 斜護(hù)墩視覺引導(dǎo)特點(diǎn)

對于山區(qū)低等級道路來說，路側(cè)護(hù)墩是十分重要的安保設(shè)施。而斜護(hù)墩最大的特點(diǎn)是其通過旋轉(zhuǎn)一定的角度，達(dá)到了連續(xù)護(hù)欄的效果，通過對失控車輛的誘導(dǎo)，減少對事故車輛的損害，這一點(diǎn)較之于普通護(hù)欄有極大的優(yōu)勢。此外，斜護(hù)墩對駕駛員視覺也有著積極的引導(dǎo)作用。圖7為等間距下普通護(hù)墩與斜護(hù)墩的駕駛員視角對比。

圖7 駕駛員視角對比Fig.7 The comparison chart of driver’s perspective

通過圖7可以看出，斜護(hù)墩有更好的視覺引導(dǎo)作用。在相同布設(shè)間距下從駕駛員的角度觀察，普通護(hù)墩在車輛附近是間斷的，而斜護(hù)墩則是連續(xù)的。山區(qū)道路路側(cè)往往是深溝山澗，斜護(hù)墩產(chǎn)生的連續(xù)視覺效應(yīng)不僅能夠更加清晰的描繪出前方道路線形變化及道路輪廓，還能起到能集中駕駛員的注意力，增加駕駛員行車安全感的作用。同時(shí)由于斜護(hù)墩在視覺上是連續(xù)的，通過對斜護(hù)墩側(cè)面圖樣的科學(xué)繪制，還能起到一定的道路信息傳達(dá)作用。

5.2 斜護(hù)墩經(jīng)濟(jì)效益分析

斜護(hù)墩不影響路基寬度，一般道路路緣至邊坡最少有0.5 m，斜護(hù)墩約有15°旋轉(zhuǎn)空間，故一般道路都可修建斜護(hù)墩，不會影響原有路面寬度或增加路基建設(shè)成本。路側(cè)空間越大，斜護(hù)墩可旋轉(zhuǎn)角度越大。根據(jù)表3計(jì)算數(shù)據(jù)，對比現(xiàn)有規(guī)范的護(hù)墩布設(shè)方案，可得到單位公里建設(shè)成本節(jié)省數(shù)據(jù)。表6為斜護(hù)墩旋轉(zhuǎn)角為30°時(shí)不同沖出角下采用斜護(hù)墩單位公里建設(shè)成本節(jié)省數(shù)據(jù)。

表6 采用斜護(hù)墩單位公里建設(shè)成本節(jié)省數(shù)據(jù)

由表6可知采用斜護(hù)墩可以大大減少路側(cè)安保設(shè)施的建設(shè)成本，根據(jù)不同的布設(shè)形式可節(jié)省路側(cè)安保設(shè)施建設(shè)資金10%～70%。這也就意味著可以用更少的建設(shè)資金使得更多道路得到保護(hù)，這對山區(qū)道路安全有著重要現(xiàn)實(shí)意義。

6 結(jié) 論

筆者通過數(shù)值仿真模擬研究了不同碰撞角下車輛與斜護(hù)墩撞擊的各種情況，在此基礎(chǔ)上分析研究了不同低等級公路線型斜護(hù)墩布設(shè)單位長度及旋轉(zhuǎn)角度，得出以下主要結(jié)論：

1)斜護(hù)墩對失控車輛有良好的誘導(dǎo)作用，能在一定程度上起到連續(xù)護(hù)欄的保護(hù)效果；

2)為保證車輛不傾覆，車輛與斜護(hù)墩最大碰撞角為50°；

3)改變斜護(hù)墩旋轉(zhuǎn)角度，可相應(yīng)改變斜護(hù)墩布設(shè)單位長度。根據(jù)不同公路線型，斜護(hù)墩采取變間距布設(shè)方案，從而達(dá)到節(jié)約建設(shè)費(fèi)用的效果。

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Design of Oblique Guard Pier Based on Induction of Runaway Vehicle

Wei Lianyu1, Feng Lei1, Song Yang1, 2, Zhang Haifeng1, 3

(1. School of Civil Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China;2. Hebei Engineering & Technical College, Cangzhou 061000, Hebei, China;3. Huabei Expressway Co. Ltd, Beijing 100176, China)

In order to build safer, more economical and environmentally friendly rural road side security facilities, the concept of oblique guard pier was proposed. By using software HYPERMESH and LS-DYNA, oblique guard pier, road and vehicle collision model system were integrated, and a complete collision model was established. LS-PREPOST was used to carry out a numerical analysis on the vehicle and the oblique guard pier collision under different rotation angles. The results indicate that oblique guard pier has a good ability to induce the runaway vehicle. On this basis, combined with road traffic safety facilities design specifications, retaining pier oblique angle of rotation and linear layout spacing for different sections of study, a more complete rural highway roadside security infrastructure solutions were proposed.

road engineering; oblique guard pier; numerical simulation; low-grade highway; roadside security facility

10.3969/j.issn.1674-0696.2015.05.12

2014-05-04；

2014-10-20

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50808064); 河北省交通運(yùn)輸廳科技計(jì)劃項(xiàng)目(C080213)

魏連雨(1957—)，男，天津人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從交通及道路方面的研究。E-mail：wly57@126.com。

U491.59

A

1674-0696(2015)05-058-07