滕玉祿,王東民
(北京市高速公路交通工程有限公司,北京101102)
中央分隔帶開口活動護欄作為高速公路不可或缺的安全防護設施,起到特種車輛變道和道路封閉臨時開啟的作用,同時應具備快速開啟功能[1]。傳統(tǒng)的插拔式和推拉式活動護欄具備快速開啟功能,但不具備安全防護能力,失控車輛易穿越與對向行駛的車輛發(fā)生二次碰撞惡性事故。
為了滿足公路安全防護需求和使用功能,提出防撞等級為Am級(防護能量≥160kJ)的裝配式活動護欄,其具備快速開啟功能,同時與中央分隔帶開口剛度平順過渡。
依據(jù)JTG/T D81—2017《公路交通安全設施設計細則》波形梁護欄結構形式,結合既有高速公路中央分隔帶標準段護欄,本活動護欄采用三波板作為主要結構,三波板下方設置槽鋼橫梁,橫梁高度與小車前保險杠高度一致,可有效攔截小車。裝配式活動護欄采用多個中間框架單元組成,框架下方設置萬向輪,框架之間采用銷式連接,如圖1所示,拔出銷子即移動可快速開啟。中間框架單元需要端部框架單元與中央分隔帶標準段護欄有效連接,為保證將2種結構剛度平順過渡,在端部框架單元內(nèi)部增設抗彎管,并設置插拔立柱結構。
圖1中間框架單元
依據(jù)JTG B05-01—2013《公路護欄安全性能評價標準》要求,護欄安全評價指標應滿足以下要求:(1)能夠阻擋車輛穿越、翻越和騎跨;(2)試驗護欄構件及脫離件不得侵入車輛乘員艙;(3)乘員碰撞速度的縱向與橫向分量均不得大于12m/s;(4)乘員碰撞后加速度的縱向與橫向分量均不得大于200m/s2;(5)車輛碰撞后不得翻車;(6)車輛駛出駛離點后的輪跡導向駛出框時不得越出直線F(見圖2)。
采用小客車、中型客車、中型貨車分別對活動護欄的中部和端部2個碰撞點碰撞試驗條件如表1所示。
圖2車輛碰撞駛出框
表1 Am級活動護欄試驗條件
計算機模擬仿真是采用LS-DYNA971軟件依據(jù)車輛實體按相應質(zhì)量、幾何尺寸、重心位置等技術參數(shù)建立車輛模型[2],以規(guī)定的碰撞角度和速度對試驗段碰撞,根據(jù)結果中車輛重心處加速度、活動護欄變形破壞情況、車輛駛出軌跡等數(shù)據(jù),對其安全性能指標進行分析,確定是否能達到規(guī)定的Am級標準。
根據(jù)表1建立仿真模型,所有材質(zhì)均為Q235。小客車、中型客車和中型貨車碰撞后車輛和活動護欄損壞情況如圖3~圖5所示,碰撞加速度和速度如表2所示。
圖3小客車碰撞中部和端部
圖4中型客車碰撞和中部端部
圖5中型貨車碰撞中部和端部
表2乘員碰撞后加速度及乘員碰撞速度
通過計算機模擬仿真分析,裝配式活動護欄各項指標均符合標準中Am級要求。
經(jīng)過模擬仿真分析過的結構按1∶1比例進行加工制作,形成試驗樣品如圖6所示,經(jīng)過調(diào)試和優(yōu)化,裝配式活動護欄開啟,滿足快速開啟的使用功能,試驗樣品與兩側(cè)波形梁護欄搭接平順[3],活動護欄各個框架單元構件采用裝配式結構,均可拆裝。
圖6試驗樣品
經(jīng)實車足尺碰撞試驗驗證,裝配式活動護欄有效夠阻擋車輛穿越、翻越和騎跨。試驗護欄構件及脫離件未侵入車輛乘員艙;乘員碰撞速度的縱向與橫向分量最大值為5.9m/s;乘員碰撞后加速度的縱向與橫向分量最大值為191.4m/s2;車輛碰撞后未發(fā)生翻車;車輛駛出駛離點后的輪跡在導向駛出框內(nèi)時未越出直線F;根據(jù)3種車型的6次實車足尺碰撞試驗驗證,各項評價指標均滿足標準的Am級防撞等級要求,防護能量≥160kJ。
通過對高速公路中央分隔帶活動護欄的缺陷進行針對性的分析,開發(fā)了一種裝配式活動護欄結構,具備快速開啟的使用功能,活動護欄端部與中央分隔帶標準段護欄剛度平順連接;經(jīng)過計算機模擬仿真和碰撞試驗驗證,裝配式活動護欄各項安全性能評價指標滿足標準中Am級(防護能量≥160kJ)的要求,可提升高速公路中央分隔帶整體防護水平,解決了安全防護漏洞,具有較好的社會經(jīng)濟效益。