摘要：本文針對目前高速公路中央分隔帶開口護欄存在的不足，結(jié)合公路工程建設(shè)市場需求，在總結(jié)國內(nèi)外現(xiàn)有開口護欄產(chǎn)品優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，采用理論分析、力學(xué)性能試驗、計算機模擬試驗等方法，開發(fā)了設(shè)計帶升降輪的新型框架式波形板開口護欄，并按照《公路護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B05?01—2013）進行實車碰撞試驗，具有明顯的先進性和適應(yīng)性，已大規(guī)模應(yīng)用于實際工程中并產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

關(guān)鍵詞：道路工程；開口護欄；碰撞試驗；框架式波形板；一致性過渡

中圖分類號：U417.12""""""""""""""""""""""""""""" 文獻標(biāo)識碼：A"""""""""""""""""""""""""""""""""" 文章編號：1673?6478（2023）S1?0164?05

Research and Application of the New Moveable Highway Barrier of Median Opening of Corrugated Beam Frame Structure Considering Consistent Transtion

JIANG Weiliang WANG Yanfeng LI Mei CHEN Ze QIN Jin

（1. Shandong High?speed Infrastructure Construction Co.， LTD.， Jinan Shandong 250000， China; 2. Shandong Provincial Communications Planning And Design Institute Group Co.， Ltd.， Ji'nan Shandong 250101， China）

Abstract： In view of the shortcomings of the moveable highway barrier of median opening， combined with the market demand of highway engineering construction and the summary of the the advantages and disadvantages of the existing moveable highway barriers of median opening， the new moveable highway barrier of median opening of corrugated beam frame structure is developed using theoretical analysis， computer simulation technology and impact test with real vehicle. According to the Standard for Safety Performance Evaluation of Highway Barriers， the standard sections and transition sections of the new moveable highway barrier of median opening are successfully tested using full?scale impact test with real vehicle. The new moveable highway barriers of median opening have obvious advancement and adaptability， are applied in practical engineering on a large scale. The new moveable highway barriers can obtain good economic and social benefits.

Key words： road engineering; open fence; crash test; frame type corrugated plate; consistent transition

0 引言

高速公路安全防護設(shè)施是由路側(cè)護欄、中分帶護欄、中分帶開口護欄及護欄過渡段等組成。任何一部分防護能力達不到要求，都會有安全防護風(fēng)險。國內(nèi)外的設(shè)計研究人員越來越多地將“無縫防護”的理念引入安全防護設(shè)施的設(shè)計中，將高速公路安全防護設(shè)施作為一個整體，以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計并設(shè)置防護系統(tǒng)，使各組成部分保持防護性能的無縫連接。

大量事故案例顯示，中分帶開口護欄及過渡段等特殊點段處理不當(dāng)，可能成為風(fēng)險點。盡管我國現(xiàn)行的《公路安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B05?01—2013）[1]已經(jīng)對開口護欄及過渡段的安全性能評價方法進行了規(guī)定，但以往設(shè)計規(guī)范中未包含這些內(nèi)容。在以往的護欄應(yīng)用中對這些特殊點段的安全性能考慮不夠，使得高速公路中央分隔帶開口處成為目前高速公路安全防護的薄弱地帶，由于所設(shè)置的開口護欄的防護能力不足而導(dǎo)致的交通事故越來越受到關(guān)注。

開口護欄成為交通事故多發(fā)路段，主要原因是由于開口護欄不具備防護能力及開口護欄能被隨意開啟，且開口護欄與標(biāo)準(zhǔn)段護欄的過渡連接設(shè)計考慮不足。現(xiàn)行《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》（JTG D81—2017）[2]對開口護欄設(shè)置要求、防護等級等作了明確規(guī)定。因此，從提高安全和節(jié)約成本角度出發(fā)，基于“無縫防護”的理念要求，有必要開發(fā)一種安全性能較高、能與相鄰護欄合理過渡且經(jīng)濟性較好的中央分隔帶開口護欄，進一步完善整個道路安全防護系統(tǒng)。

1 主要在役開口護欄形式分析

1.1 開口護欄遵循的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

《高速公路交通安全設(shè)施設(shè)計及施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 074—94）[3]規(guī)定：高速公路、汽車專用一級公路的中央分隔帶開口處，原則上應(yīng)設(shè)置活動護欄；《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》（JTG D81—2006）[4]規(guī)定：高速公路和禁止車輛掉頭的一級公路中央分隔帶開口處，必須設(shè)置活動護欄，活動護欄應(yīng)便于移動，設(shè)置高度應(yīng)與中央分隔帶護欄的高度協(xié)調(diào)一致；《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》（JTG D81—2017）規(guī)定：高速公路的中央分隔帶開口必須設(shè)置中央分隔帶開口護欄，防護等級宜與相鄰段保持一致，線形良好路段經(jīng)論證可低于相鄰路段1～2個等級，但高速公路中央分隔帶開口護欄不得低于Am級；《公路護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B05?01—2013）規(guī)定，公路開口護欄安全性能應(yīng)采用實車足尺碰撞試驗進行評價。因此，開口護欄研究將依照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗碰撞條件，采用計算機仿真模擬和實車碰撞試驗驗證，各項指標(biāo)均應(yīng)滿足相關(guān)要求。

1.2 主要在役開口護欄形式分析

1.2.1 國外主要在役開口護欄

美國開發(fā)和應(yīng)用的開口護欄結(jié)構(gòu)為安全裝置門系統(tǒng)和安全裝置連接系統(tǒng)，這兩種開口護欄的防護目標(biāo)僅為小型車輛，且其造價較高。歐洲應(yīng)用較廣泛的中央分隔帶開口護欄為框架化設(shè)計，但碰撞等級較高的護欄動態(tài)變形量較大。由于國外護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)與中國標(biāo)準(zhǔn)不一致，因此國外開口護欄在國內(nèi)的適用性有待進一步研究。

1.2.2 國內(nèi)主要在役開口護欄

（１）國內(nèi)開口活動護欄使用現(xiàn)狀

現(xiàn)行規(guī)范實施前國內(nèi)高速公路常見的中央分隔帶開口活動護欄形式多樣，主要有插拔式、伸縮式和充填式等。這幾種形式的開口活動護欄滿足建設(shè)時期的標(biāo)準(zhǔn)，雖然能夠方便移動，但僅具有隔離作用，在不同程度均存在防護能力不足問題。

（２）國內(nèi)開口護欄開發(fā)應(yīng)用

目前國內(nèi)研究機構(gòu)已經(jīng)開發(fā)出多款達到現(xiàn)行規(guī)范要求的三（Am）級或四（SBm）級防護能力的開口護欄[5?10]。

鋼管預(yù)應(yīng)力索式防撞開口護欄，通過實車碰撞試驗驗證，具有三（Am）級防護能力，防護能力較強，但其端部的剛性設(shè)計使得與標(biāo)準(zhǔn)段護欄的過渡連接不合理，且現(xiàn)場開啟和安裝較難。

鏈?zhǔn)交炷灵_口護欄，通過實車碰撞試驗驗證，具有三（Am）級防護能力，但其自重較大開啟不方便，必須借助小型機械才能開啟移動，與標(biāo)準(zhǔn)段護欄過渡較難。

組合型波形板活動式鋼護欄，通過實車碰撞試驗驗證，具有四（SBm）級防護能力。具有“移動靈活、開啟方便”的功能，且與標(biāo)準(zhǔn)段護欄過渡良好。但由于其防護等級較高，所需鋼材料量較多，造價也較高。

通過總結(jié)分析在役開口護欄優(yōu)缺點，綜合考慮安全性、經(jīng)濟性、施工難易程度、適用性等因素，進行開口護欄方案研究，以得出更好的適用性結(jié)果。

2 考慮一致性過渡的框架式波形板開口護欄研究

項目通過資料收集、交流訪問等形式，對在役開口護欄的型式、材料、防護性能進行調(diào)研，并對在役開口護欄的優(yōu)缺點進行總結(jié)，首先通過理論分析和力學(xué)性能試驗等方法，初步設(shè)計一種新型框架式波形板開口護欄，并進行開口護欄與波形梁護欄或混凝土護欄的過渡段設(shè)計。按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的三（Am）級開口護欄的試驗碰撞條件，對初步設(shè)計方案進行計算機模擬碰撞試驗，驗證護欄的安全性能是否滿足要求。通過分析計算機模擬碰撞試驗結(jié)果，對初步設(shè)計護欄結(jié)構(gòu)進行不斷優(yōu)化，得出開口護欄的防護性能最優(yōu)方案，進行經(jīng)費核算和比較，并進行試樣加工。

2.1 初步方案設(shè)計及安全性能分析

初步方案結(jié)構(gòu)主要由中間活動單元和兩端固定單元構(gòu)成?；顒訂卧饕煽蚣苤蜗到y(tǒng)、橫梁系統(tǒng)和搭接系統(tǒng)構(gòu)成。以往開口護欄間主要采用對接的方式連接，本文開口護欄采用搭接的方式連接，連接處不會存在較大的縫隙，有利于車輛平順導(dǎo)向。

根據(jù)計算機模擬碰撞試驗結(jié)果，初步方案開口護欄具有較好的阻擋功能、導(dǎo)向功能和緩沖功能，各項指標(biāo)滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求。

車輛碰撞過程中，連接活動單元之間的插銷未出現(xiàn)斷裂和脫出現(xiàn)象，具有較高的可靠性，但開口護欄的動態(tài)位移較大，適用性會受到一定的限制。因此，從兼顧安全性和適用性角度出發(fā)，減少護欄的最大動態(tài)位移值，將是中期方案研究的重點。

2.2 中期方案設(shè)計及優(yōu)化分析

2.2.1 方案優(yōu)化

在對初步方案安全性、適用性、加工便捷性綜合分析的基礎(chǔ)上，中期方案的設(shè)計主要思路有：

（１）初步方案采用框架支撐系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性，橫梁系統(tǒng)具有較好的抵抗變形和破壞的能力，中期方案繼續(xù)采用類似的系統(tǒng)。

（２）相較于初步方案，中期方案搭接系統(tǒng)設(shè)計時，盡可能地減少連接片焊接對活動單元連接的影響，采用螺栓連接和焊接相結(jié)合的方式構(gòu)建搭接系?統(tǒng)。

（３）鑒于初步方案護欄的動態(tài)位移較大，中期方案設(shè)計時，在初步方案的基礎(chǔ)上增加了約束系統(tǒng)，該系統(tǒng)由套管、立柱、螺桿和約束立柱脫落的連接板構(gòu)?成。

（４）確定活動單元寬度，優(yōu)化立柱間距、活動單元長度、插銷以及約束系統(tǒng)中連接板型式等。

基于以上思路，設(shè)計完成了中期方案，對中期方案進行多次綜合分析優(yōu)化，最終選定一種較優(yōu)的方案進行實車碰撞試驗。

2.2.2 結(jié)構(gòu)形式定型及實車足尺碰撞試驗

開口護欄結(jié)構(gòu)型式基于中期方案進行適當(dāng)優(yōu)化，考慮加工和開啟的便捷性，優(yōu)化連接插銷，并在框架支撐立柱橫撐上安裝升降輪，形成帶升降輪的框架型波形板式開口護欄。活動單元中間有插拔立柱插入路面，單元段之間通過拉桿連接。固定單元通過圓管立柱約束，具體見圖1所示。

經(jīng)實車足尺碰撞試驗，新型框架式波形板開口護欄標(biāo)準(zhǔn)段各項指標(biāo)均符合評價標(biāo)準(zhǔn)的要求，滿足三（Am）級防護等級要求。

2.3 過渡段設(shè)計

2.3.1 開口護欄與波形梁護欄過渡段設(shè)計

根據(jù)框架式開口護欄和兩波形梁護欄的特點，采用成對的三變二過渡板將開口護欄端部的三波梁板與漸變的標(biāo)準(zhǔn)段兩波形梁板連接，僅固定三波形梁板和過渡板的立柱和防阻塊式式不同。通過計算機模擬碰撞試驗，開口護欄與兩波形梁護欄的過渡段具有良好的阻擋功能、導(dǎo)向功能和緩沖功能，各項指標(biāo)均滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，本項目將以該方案為進行實車碰撞試驗。

開口護欄與波形梁護欄過渡段實車碰撞試驗時，中央分隔帶波形梁護欄標(biāo)準(zhǔn)段參照現(xiàn)行《公路交通安全設(shè)施設(shè)計細(xì)則（JTG/T D81—2017）》進行漸變后，直接與開口護欄固定單元連接，如圖2所示。

經(jīng)實車足尺碰撞試驗，新型框架式波形板開口護欄與波形梁護欄過渡段各項指標(biāo)均符合評價標(biāo)準(zhǔn)的要求，滿足三（Am）級防護等級要求。

2.3.2 開口護欄與混凝土護欄過渡段設(shè)計

開口護欄與F型混凝土護欄過渡段由圓管立柱、托架、上部折彎的三波形梁板、下部折彎的C型摩擦梁等構(gòu)件組成，三波形梁板和摩擦梁直接搭接在F型混凝土護欄上。

通過計算機模擬碰撞試驗，開口護欄與F型混凝土護欄過渡段后，車輛均沒有穿越、翻越和騎跨開口護欄，未出現(xiàn)阻絆現(xiàn)象，并安全駛離護欄。車輛碰撞護欄過程中，未出現(xiàn)護欄構(gòu)件脫落或侵入車輛內(nèi)部的現(xiàn)象。因此，該過渡段形式具有較好的阻擋功能、導(dǎo)向功能和緩沖功能。

開口護欄與混凝土護欄過渡段實車碰撞試驗時，基于最不利的原則，采用非漸變型的過渡段結(jié)構(gòu)型式，折彎的三波形梁板和C型摩擦梁兩端分別連接開口護欄固定單元與混凝土護欄，如圖3所示。

經(jīng)實車足尺碰撞試驗，新型框架式波形板開口護欄與混凝土護欄過渡段各項指標(biāo)均符合評價標(biāo)準(zhǔn)的要求，滿足三（Am）級防護等級要求。

2.4 開口護欄技術(shù)要求

2.4.1 材料要求

（１）除連接螺栓、螺母等緊固件和升降輪以外，三波形梁板、立柱、橫隔梁等其他金屬構(gòu)件所用的基底金屬材質(zhì)均為碳素結(jié)構(gòu)鋼，應(yīng)符合相關(guān)要求。

（２）連接三波形梁板與橫隔梁所用的螺栓、螺母等基底金屬材質(zhì)可為碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼。

（３）連接三波形板與拉桿支架所用的高強度螺栓連接副應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼。

2.4.2 技術(shù)要求

（１）三波形梁板及開口護欄的插拔立柱、預(yù)埋套管的技術(shù)指標(biāo)，應(yīng)符合現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定。

（２）金屬構(gòu)件均應(yīng)進行防腐處理，應(yīng)符合現(xiàn)行《公路交通工程鋼構(gòu)件防腐蝕技術(shù)條件（GB/T 18226—2015）》的相關(guān)規(guī)定。

3 新型開口護欄加工、安裝和使用

根據(jù)開口護欄定型方案，明確其材料規(guī)格、施工安裝方法和設(shè)置使用要求，形成開口護欄的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品使用手冊及施工安裝說明等。

3.1 布置方式

新型框架式波形板開口護欄由兩端各1個固定單元和中間若干活動單元組成?；顒訂卧虚g通過插拔立柱固定在預(yù)埋套管里，單元之間通過拉桿連接，單元之間的搭接應(yīng)與行車方向一致。

固定單元中間與立柱相連，定單元的護欄板與相鄰過渡段護欄板搭接。過渡段護欄立柱與相鄰普通段護欄一致。

3.2 施工安裝

開口護欄施工按照施工前的檢查準(zhǔn)備工作、活動單元安裝、固定單元安裝、安裝過渡段和驗收等程序?qū)嵤?/p>

需要臨時打開、拆除或更換時，拔出拉桿，旋轉(zhuǎn)并拔起立柱，沿行車方向順時針旋轉(zhuǎn)推開活動單元。

3.3 保養(yǎng)維護

開口護欄各構(gòu)件結(jié)構(gòu)完整，無缺失或明顯變形、破損；構(gòu)件涂層表面無明顯污穢、銹蝕或破損；螺栓緊固；開口護欄線形順暢，無明顯變形、傾斜等現(xiàn)象。

定期清洗護欄表面；及時補充更換缺損的開口護欄構(gòu)件；緊固松動的螺栓；矯正、修復(fù)或更換毀損的開口護欄構(gòu)件。

4 在工程中的應(yīng)用情況

4.1 新型框架式波形板開口護欄特點

（１）安全性能符合要求。新型框架式波形板開口護欄防護等級達到三（Am）級，相比于以往開口護欄單元間主要采用對接方式連接，新型框架式波形板開口護欄采用搭接方式連接，連接可靠，有利于車輛平順導(dǎo)向，進一步提高了護欄的安全性能。

（２）與相鄰護欄采用一致性過渡搭接。橫梁采用標(biāo)準(zhǔn)形式的波形梁板，與相鄰標(biāo)準(zhǔn)段波形梁護欄直接搭接，安全可靠；同時充分考慮與混凝土護欄等其他形式護欄的過渡銜接。

（３）用鋼量低，經(jīng)濟性好，性價比高。與目前符合標(biāo)準(zhǔn)要求的同類型開口護欄相比，新型框架式波形板開口護欄用鋼量低。

（４）運輸便利、開啟及安裝簡單。新型開口護欄單元采用框架式設(shè)計，運輸方便、安裝簡單；升降輪的合理布置，使得護欄單元升降自由，移動迅速。

4.2 應(yīng)用情況

新型框架式波形板開口護欄在臨淄至臨沂高速、文登至萊陽高速、榮烏高速及長深高速等高速公路得到了大規(guī)模推廣應(yīng)用。在多起開口處交通事故中，開口護欄起到了良好的阻擋作用、導(dǎo)向作用及緩沖作用，有效避免了重特大交通事故的發(fā)生。

5 結(jié)論

針對目前高速公路中央分隔帶開口護欄存在的問題，結(jié)合公路工程建設(shè)市場需求，通過對國內(nèi)外在役開口護欄產(chǎn)品優(yōu)缺點進行總結(jié)的基礎(chǔ)上，采用理論分析、力學(xué)性能試驗、計算機模擬試驗等方法，開發(fā)設(shè)計帶升降輪的新型框架式波形板開口護欄，降低生產(chǎn)成本，并按照《公路護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)（JTG B05?01—2013）》進行實車碰撞試驗，新型開口護欄及其過渡段已通過實車碰撞試驗驗證。

經(jīng)試驗，新型開口護欄防護等級為三（Am）級，可滿足大多數(shù)路基段中央分隔帶開口的安全防護需求。對于相對危險路段的中央分隔帶開口護欄，可能需要設(shè)置更高防護等級。后續(xù)以該技術(shù)為基礎(chǔ)，將繼續(xù)研發(fā)四（SBm）級或更高等級的開口護欄，以最大程度地適應(yīng)高速公路中央分隔帶開口的安全需求。

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