高速公路护栏设计优化思考

高速公路护栏设计优化思考

摘要:本文主要以护栏作为高速公路安全设施的研究对象。文中分析了护栏的设置位置以及护栏过渡段的设计方法,并对现行方法存在的问题进行了优化设计。

关键词:高速公路;安全设施;护栏;优化设计

一、引言

安全设施能够在一定程度上确保高速公路的安全运行,当前,我国主要是在其满足规范要求的基础上进行设计。但现行规范对高速公路安全设施规定较少,在实际设计时不利于确定具体的设计参数。因此,对高速公路安全设施的优化设计进行研究是非常有必要的。

二、护栏设计中存在的问题

当高速公路护栏设计不当时,不仅无法起到防护作用,反之还有可能形成路侧障碍物。因此,在设计高速公路护栏时,一定要考虑设计的合理性以及有效性。当前,国内在高速公路护栏设计方面主要存在以下问题。

(一)护栏设置的位置不合理

现行设计规范没有明确限制护栏与障碍物之间的设置距离,因而常出现护栏紧靠障碍物的情况。当发生交通事故时,护栏与车辆碰撞后,因护栏的变形空间较小从而使车辆与周边建筑物发生碰撞,进一步加大事故损伤程度。因此,应结合道路的实际情况设计护栏,确保其能够发挥有效作用。

(二)护栏过渡段的设置不合理

当前护栏过渡段在设计时主要有两方面问题,一方面是当护栏的长度较短时,没有体现出增强的刚度差;另一方面是刚度不一致的护栏没有有效的连接。此外,鉴于国内外交通情况不同,因此在设计护栏过渡段时,不能直接照搬国外的设计标准。设置高速公路护栏的主要目的是降低并控制碰撞事故的损伤程度,而护栏的防撞目的主要通过吸收车辆的碰撞能量来实现,发挥作用的护栏是将掺量破坏作为代价的,这说明车辆在碰撞护栏之后可能会出现更加严重的交通事故,护栏的防护作用存在正面以及负面的效应。因此,护栏的设计应尽量扬长避短,将护栏的设计理念贯穿其中,使护栏防护作用与其正面效应同时达到最大。要实现护栏的设计理念,需考虑以下几方面内容:一是确保护栏有最佳的设置位置,以避免护栏受到碰撞;二是确保护栏的过渡段具有最佳的处理效果,以降低撞击程度。

三、护栏设置位置优化

护栏设置时的主要影响因素包括护栏的变形量、护栏与临近障碍物的距离以及护栏与路缘石之间的关系等。

(一)横向偏位

护栏与临近行车道边缘或护栏与周边障碍物之间的距离可称为护栏的横向偏位。以安全性的角度出发,可将护栏看做道路障碍物中的一种,因此应尽可能保证护栏与车道位置的间隔距离,以避免驾驶员将其看做障碍物,影响车辆行驶。应将护栏设置在避让线之外,对于不同车速下护栏与避让线的距离可按表1选取。护栏设置的位置要尽可能偏离车道,必须满足护栏能够正常发挥功能,确保护栏具有足够的变形空间。因此,在选择护栏的形式时,除了要考虑护栏碰撞变形的情况外,还需考虑护栏设置的位置。

(二)护栏的变形量

控制护栏在受到碰撞之后的变形量是设置护栏时需要考虑的重要因素之一。具体方法为:在中央分隔带位置采用分设型波形梁护栏,并加密处理立柱处,从而提高护栏刚度,减少车辆与护栏碰撞之后护栏所产生的变形量,确保被防护物体与护栏之间的横向间距满足要求。这样不仅能够避免车辆与刚性物体的碰撞,还能避免出现因刚性物体倒塌引起的二次事故。

(三)地形条件

护栏在车辆碰撞时车辆不离地、悬挂系统的变形较小时,防护效果最佳。因此,行车道以及护栏所处的地形条件会影响护栏碰撞性能。尤其是路缘石和路侧边坡的位置,若发生交通事故时,车辆驶过路缘石以及路侧边坡与护栏碰撞前,将会出现腾空的现象,严重时可能会出现飞跃护栏的情况。当将路缘石与护栏组合使用时,车辆与护栏发生碰撞之外的运动轨迹主要受以下几方面的影响:车辆的尺寸以及悬挂系统,路缘石的尺寸以及形状等。在实际分析时,应考虑车辆的行使速度以及碰撞后果,不应在设计速度较高的道路设置路缘石。若将波形梁护栏联合路缘石一起使用,应满足路缘石的高度在100mm以下的条件,若路缘石超出100mm,应采取措施提高护栏刚度。此外,若边坡坡度在1:10以下,建设设置路侧护栏,若边坡坡度在1:6以上,不宜设置护栏,若条件限制必须设置,那么需确保侧向空间的余量充足,以控制车辆与护栏的碰撞高度。

四、护栏过渡段优化

本文以路桥的护栏过渡段作为研究对象,过渡段以及连接装置是组成桥梁护栏过渡段的重要部分,设计要点主要有:桥梁混凝土护栏与一般路段的波形梁护栏的连接处采用过渡段,鉴于两处位置所采用的的护栏结构不同,因此不宜在桥头位置断开,也不能在没有加强处理之前直接连接过渡段;若波形梁护栏的防护对象为桥墩等刚性物体,且护栏的变形量无法满足与刚性体侧向距离要求时,应将过渡段设置在刚性物体左右一定范围内;为确保半刚性护栏过渡到刚性护栏时具有逐渐平稳增强的刚度以及强度,可将其立柱间的距离减少或将立柱的尺寸增加。在初步设计波形梁过渡式路桥护栏的过渡段时,需要注意以下几方面:(1)波形梁过渡段的宽度是逐渐过渡的,过渡到最后与桥梁混凝土护栏的高度相等;(2)按照分配受力和刚度的要求,可逐渐增加波形板的厚度,以在波形板沿着卷边储存能量,或以设置不同直径钢管在过渡梁后的方式来储存能量,从而进行刚度分配;(3)在已建桥梁的过渡梁连接混凝土护栏时,可采用在混凝土中植入膨胀螺栓的方式,在新建桥的过渡梁连接混凝土护栏时,可以预埋钢板的方式进行锚固连接。

五、结语

本文选取了影响护栏设计合理性以及安全性的主要因素:护栏的设置位置以及护栏过渡段的设计作为主要的研究对象,并据其所存在的问题提出优化设计方法。设置安全设施是确保高速公路安全运行重要因素,设计研究人员在设计安全设施时,除了要确保安全以及降低事故损失的角度出发外,还需考虑安全设施使用时的人性化和方便性。

作者:艾克拉木·帕塔尔 单位:新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院第一交通设计院