凤凰型美观混凝土护栏的实车碰撞试验研究.pdf

第 3 5卷 ， 第 3期 2 0 1 0 年 6月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 3 5No 3 J u n，2 0 1 0 凤凰型美观 混凝土护栏 的实车碰撞试验研 究 刘小 勇 ，张颖 ( 1 北京 中路安交通科技有限公司 ， 北京1 0 0 0 7 1 ) 摘要根据 常( 德 ) 一 吉( 首 ) 高速公路 s s级防撞 等级 的凤凰型美观混凝土护栏的实车碰撞 试验研究 ， 主要 介绍 了公路护栏安全性能、 防撞性能和导向性能的实 车碰 撞试验及 评价方法 ， 从试 验的准备 、 试验及数 据采集 、 试 验结果数据的分析、 试验结果的评 价等方 面进行 了全 面概 述 ， 同时 ， 对 碰撞试验 条件参数 、 试验车 型、 数据 采集 、 性 能评价指标及评价标准 等提 出了相应要求 ， 为今后护栏 的研究 和设计提供 经验参考 ， 也可 以作为其它 交通安全 防 护设施的设计、 研究及性能评价的借鉴 实例 。 关键词 】凤凰型混凝土护栏 ； 碰撞试验 ； 安全性能 ；防撞性 能；导向性能 ； 评价指标 ； 评价方法 中图分类号 】U 4 1 7 1 2 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 4 - 0 6 1 0 ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 1 6 7 0 6 Fu l l - s c a l e I mp a c t Te s t S t u d y f o r a r t i s t i c Ph o e n i x s h a p e Co n c r e t e Gu a r d r a i l LI U Xi a o yo ng，ZH ANG Yi ng ( B e i j i n g Z h o n g l u a n T r a f f i c T e c h n o l o g i c a l C o ， L t d B e i j i n g 1 0 0 0 7 1 ， C h i n a ) Ke y w o r d s p h o e n i x - s h a p e c o n c r e t e g u a r d r a i l ；i mp a c t t e s t ；s a f e t y p e r f o r m a n c e ； p e r f o r ma n c e；d i r e c t i n g p e r f o r ma n c e；e v a l u a t i o n i n d e x；e v a l u a t i o n me t h o d 湖南 常 ( 德 )一吉 ( 首 ) 高 速公 路 凤 凰 型美 观混 凝 土护栏 是一种 新 型结 构 形 式 的混 凝 土 护栏 ， 防撞 等级 要求 达到 s s级 ， 即防撞 能量 5 2 0 k J 。为 了保证 其应有的安全防护功能 ， 需要对其进行实车足尺碰 撞试 验 ， 并对 试验结 果进 行安 全性能评 价 ， 以确保 护 栏 的安全性 能 、 防撞 性 能 及 导 向性 能 等评 价 指 标 均 满足 标准 中各项规定的要求。 1 试 验准备 1 1 碰撞 试 验条件 根据常吉高速公路凤凰型美观混凝土护栏 s s 级的防护等级， 以及 高速公路护栏安全性能评价 标准 ( J T G T F 8 3 一 O 1 2 0 0 4 ) 对试验条件的要求 ， 本 次试 验 的车型 主要 为小 客 车 和大 客 车 ， 小 客 车 的碰 撞试 验主要 测试 车 内乘 员 的安全保 护和碰 撞后 的运 行轨 迹 ， 大 客车 的碰 撞试 验 主要 测 试 护 栏 的 防撞 性 能 。另外 ， 车 辆质 量 、 碰 撞速 度 、 碰 撞 角度 的 碰撞 试 验条件见表 1 ， 控制精度见表 2 。 1 2试验 场地 、 试 验护栏 和 车型参数 试验场地 。试验场地应为专用实 车碰撞试 验场 ， 要求宽阔平坦 ， 加速跑道应能使试验车辆加速 后 达到试验要求的车速并满足速度精度要求 ， 碰撞 表 1实车碰撞试验条件 车型 车辆 k 质 g 量 ( 碰 k m 撞 速 h 度 - Ikm h 碰 度 ) J 广场除模拟特殊气候状况的试验以外不能有水、 冰 、 雪等。在护栏碰撞点附近的内侧路面上及护栏的外 侧 应能 设置可 供进 行 图 象采 集 的标 准 线 及标 准 点 。 凤 凰型 美观混凝 土 护栏实 车足尺 护栏碰撞 试验 场地 如 图 1 。 试验 护栏 。准备 试 验 的护栏 样 品应 和 设 计 图样一致 ， 包括材料、 截面尺寸、 基础及设置等 ， 对于 刚性 护栏试 验段 的安装 长度 不应 小 于 4 0 m， 护 栏 碰 撞点后方的护栏长度不得小于 1 0 m； 而半刚性护栏 和柔性 护栏 试验段 的安 装 长度为 不应 小 于 7 0 m， 护 栏 碰撞 点后方 护栏 长度不 小于 2 0 m。 常吉高速公路凤凰型美观混凝土护栏属于刚性 护栏 ， 其试验段 护栏 ( 见 图2 ) 安装长度 为4 8 m， 碰 收稿 日期 】2 0 0 9 1 2 - 1 4 作者简介 】刘小勇 ( 1 9 8 2 一) ， 男， 江西永新人 ， 工程师 ， 主要从事交通安全设施 的研究 、 设计和咨询工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 6 8 公路工程 3 5卷 图 1碰 撞 试 验 场 地 撞 点设 置于试 验段 护 栏 三分 之 一 位置 处 ， 即 护栏 碰 撞 点后方 长度 1 6 m。 护栏在试验前应根据图纸对其几何参数、 技术 要求等进行详细检查 ， 并登记在记录表中， 检查项目 包 括 ： 护栏形 式 、 截面 积 、 高 度 、 各 种几 何参 数 、 基 础 情 况 、 材 料等 。 试验车辆车 型参数。试验小客车车型参数 见表 3 ， 车型照片见图 3 ； 大客车车型参数见表 4 ， 车 型照 片 见 图4 。 两 种 试验 车 辆 的 质 量均 满 足 其 精 度 图 2凤凰型美观混凝土护栏试验段 表 3试验小客车车型参数表 图 3 试验小客车上、 前 、 后视 图 表 4 试验 大客车车型参数表 图4试 验大 客车上 、 前 、 后视图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 期 刘小勇 ， 等： 凤凰型美观混凝土护栏 的实车碰撞试验研究 1 6 9 要求 。 2试验及数据 采集 试验时， 用适当的方法使试验车达到规定的试 验车速 ， 并应有 1 0 m 以上 的速度 稳定距 离 ； 另外 ， 试 验车辆 在加速 和运行 过程 中转 向器和制 动器 踏板应 处于自由状态， 除与护栏 的碰撞以外车辆不受任何 外力干涉 ； 试验车辆在与护栏碰撞前应与牵引装置 分离 ， 自驱 动车辆 应熄火 ， 使 车辆在 碰撞过 程 中完 全 处于 自由状态 。 试 验过程 中应 在护栏 的上方 、 正 面 、 侧 面三个 方 向同时设置摄像机 ， 记录车辆与护栏碰状的全过程 ， 摄像机 的拍摄 速度最 低不 得低 于 2 0 0幅 s 。用 护 栏 上方的摄像机记录车辆 的碰撞角度、 驶出角度 、 车辆 运 行轨迹 ， 用护栏 变 形 平行 方 向的摄 像 机 记 录护 栏 的最大 动态变形 量 。车体所 受 冲击 加速 度 的测 量 主 要通过安装在车辆中心线上 的加速度传感器来实 现 。 3试验结果及数据分析 试验后 ， 首先应对所测碰撞条件数据及 图象进 行分析 ， 如果符合要求 ， 则进行各项评价指标的数据 和图象 的分 析 、 评 定 ， 评 定 结 果应 符 合 标 准 中 规定 的各项 指标 的要求 ： 护栏应能够有效地 阻挡车辆并对车辆进行 导 向 ， 禁止 车辆 任何形 式 的穿 越 、 翻越 、 骑跨 、 下穿 护 栏 。 护栏应有良好的导向性能 ， 车辆碰撞后 的驶 出角度 应小 于碰撞 角度 的 6 0 。 碰撞后试验车辆应保持正常行驶姿态 ， 不发 生横转 、 掉头 等现象 。 在碰撞过程中， 脱离组件 、 碰撞碎片、 或其他 护 栏上 的碰撞 物不能 侵入 驾驶室 内及 阻挡驾驶 员 的 视 线 。 刚性 护栏最 大动态变形 量小于或 等于 1 0 cmo 车体 3个方 向加速度 1 0 m s 最大平均值不 大 于 2 0 g 。 3 1 小客 车试验 结果及数 据 分析 实 测碰撞 条件数 据分 析 、 评定 。 小 客车 碰撞试 验 中实 测 的碰 撞速 度 、 碰撞 角度 、 车辆质量等均满足要求， 见表 5 。 表 5小客车试验 实测碰撞条件数据 试验过程中车辆行驶轨迹。 车辆碰撞护栏后小客车保持正常行驶姿态 ， 未 发生横转 、 掉头、 翻车等现象 ， 行驶轨迹见图5所示。 霭 霈霾震震 图 5 小客车试验 的车辆行驶轨迹 3个方向车体加速度。 小客车碰撞试验过程中3个方向的车体加速度 曲线 如 图 6所 示 。 试验后护栏及车辆情况。 小客车碰撞护栏后 ， 护栏 结构完好没有破 坏， 碰撞 区域局部有表 面划痕 ， 护栏损坏见 图 7 ， 试 验后 小客车 损坏见 图 8 。 小客车试验评价指标评定。 通过对小客车碰撞护栏的试验过程 、 试验数据 等的整理、 分析， 可 以针对每项评价指标进行评定 ， 要求每项指标均应满足评价标准的要求 ， 其中任何 一 项 指标 不符合 评价标 准 的要求 均应视该 护栏 不符 合安全要求。小客车评价指标评定结果见表 6 。 3 2 大客 车试 验结 果及 数据 分析 实测碰撞条件数据分析 、 评定。 大客 车碰撞试 验 中实测 的碰撞 速度 、 碰撞角度 、 车辆质量等均满足要求 ， 见表 7 。 试验过程中车辆行驶轨迹。 车辆碰撞护栏后大客车保持正常行驶姿态， 未 发生横转、 掉头、 翻车等现象 ， 行驶轨迹见图 9所示。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 7 0 公路工程 3 5卷 、 越 尽 、 匠 、 直 日 厦 一 1 f I n W 一 V ： 怖 ( a ) 车体 方向加速度曲线图 l n ， 。 V V 一 0 2 O 4 0 6 O ( b )车体 Y 方 向加速度 曲线图 一 九 一 0 4 0 6 0 ( e )车体 z方向加速度曲线图 图 6 小 客车试验的车体 3个方 向加速度 曲线 8 8 图 7 小客车试验后 的护栏 图 8碰 撞 试 验 后 的 小 客 车 3个 方 向车体加 速度 。 大客车碰撞试验过程中 3个方向的车体加速度 曲线 如 图 l 0所示 。 试 验后 护栏及 车辆 情况 。 大客 车碰 撞 护栏 后 ， 护 栏整 体 结构 完好 没 有破 8 坏 ， 碰撞 区域 局部 有表 面划痕 ， 碰撞 区域有 开裂和裂 纹 ， 护栏损坏 见 图 1 1 ， 试 验后 大客 车损坏见 图 l 2 。 大 客车试 验评 价指标 评定 。 通 过 对大 客 车碰撞 护 栏 的试 验 过程 、 试 验数 据 表 6小客车试验评价指标评定 检 测 参 数 评 价 指 标 检 测 值 薯 笔 防撞性能 防撞性能 车体加速度 驶 出角度 车辆行驶状态 最大动态变形 护栏应能够有效地阻挡车辆 ， 禁 止车辆 以任何形 式的穿越 、 翻越、 、 骑跨 、 下穿护栏 在碰撞过程 中护栏组件 、 碰撞碎片或其他碰撞物不能侵入驾驶室 内及阻挡驾驶员视线 车体三个 方向加速度 l O ms 最大平均值均不大于 2 0 g 护栏有良好 的导 向功能 ， 驶 出角度小于碰撞 角度 的6 0 碰撞后车辆保持正常行驶姿态 ， 不发生横转 、 调头 、 翻车现象 护栏最大动态变形量 1 0 0 mm 符合要求 符合要求 ： 7 0 g， y： 1 6 9 g， Z： 6 7 5 。 符合要求 0 mm 合格 合格 1 g 合格 合格 合格 合格 表7 大客车实测碰撞条件数据 等的整理、 分析 ， 可以针对每项评价指标进行评定 ， 要 求每项指 标均 应满 足 评 价标 准 的要 求 ， 其 中任何 一 项指标不符合评价标准的要求均应视该护栏不符 合安全要求 。大客车评价指标评定结果见表 8 。 图 9 大客车碰撞试验车辆行驶轨迹 4 2 o 5 O m 8 6 4 2 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 刘小勇 ， 等 ： 凤凰 型美观混凝土护栏的实车碰撞试验研究 1 7 l _叵 b D 、 霍 塞 最一1 一 z ： ； ( a )车体 方向加速度曲线图 一 一 一 0 _ 。 _0 时 间 t ， ( b) 车体 Y 方 向加速度 曲线 图 y 。-6 一 0 。 I 时间t 图 l 2碰撞试验后 的大客车 表 8大客车试验评价指标评定 图 l 1 大客车试验后的护栏 4 结论 凤凰型美观混凝土护栏的小客车和大客车碰撞 试 验 的评 定结果 表 明 ， 护栏 的各 项性 能 指 标 均满 足 标准 的要求。由实测 的碰撞试验条件参数可 知， 护栏 的防撞 能量为 5 2 2 k J ， 大于要求 的 5 2 0 k J 的防撞能量， 达到了 规范 中规定的 s s级的防 撞 等级 。 本 文通 过凤凰 型美观 混凝 土护栏 的实车足 尺碰 撞试验研究 ， 详细介绍 了护栏安全性能各项指标 的 检测试验及评定方法 ， 为今后我 国高速公路新型结 构形式的护栏及其它安全 防护设施 的研究 、 设计提 供了经验参考。从试验研究过程来看 ， 碰撞试验条 件及车型参数的确定是护栏实车足尺碰撞试验研究 开展的基础 ， 它决定了护栏的防护能力及防撞等级 ， 因此 在进行 安全 防护 设 施 研究 及 性 能评 价 时 ， 有必 5 4 3 2 O m 8 6 4 2 0 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 7 2 公路工程 3 5卷 要根据实际应用路段的交通特性及安全防护要求， 对碰撞 试验条件 进行 研究确 定 。 参考文献】 1 J T G T F 8 3 一 叭一 2 0 0 4 ， 高速公路护栏安全性能评价标准 S 2 J T G D 8 1 2 0 0 6 ， 公路交通安全设施设计规范 S 3 J T G T D 8 1 2 0 0 6 ， 公路交通安全设施设计细则 S 4 交通部公路科学研究院高速公路护栏 实车碰撞试验方 法研 究 R北京 ， 2 0 0 2 ， 5 于树平， 乔希永 高速公路安全护栏试验方法及评 价标 准的分 析研究 A 中国汽 车工程学会第 七届汽 车安全技 术会议论 文集 C 大连 ， 2 0 0 2 6 余志生 汽车理论 M 北京 ： 机械工业出版社 ， 2 0 0 0 7 张京明， 江浩斌 汽车工程概 论 M 北京 ： 北京大学 出版社 ， 2 0 0 8 8 刘少源 高速公路汽车与护栏碰撞 的动力特性 研究 D 清华 大学， 1 9 9 4 9 罗 恒 常德高速公路新 型砼 护栏研究数值模拟分析 J 公 路工程 ， 2 0 0 8 ， 3 3 ( 4 ) ： 2 52 8 1 O 方坚宇 ， 丛银霞 ， 冯 雄辉 ， 等 常 吉混凝 土桥 梁防测 翻景观护 栏设计 J 公路工程， 2 0 0 8 ， 3 3 ( 6 ) ： 7 57 8 1 1 方坚宇 ， 张颖 ， 刘 小勇 ， 等 凤凰 型美观混凝 土护栏 开发研 究 J 公路工程 ， 2 0 0 8 ， 3 3 ( 6 ) ： 1 2 61 2 9 ( 上接 第 1 5 5页) 成倍增 加 ， 可 以服务 的车辆 数 并 不呈 相 同 比例 地 增 加， 而是要稍微偏大一些， 这是 由于车辆到达后在有 多个通道时， 车辆的分配不是简单地按通道数平均 分 配 ， 因此 用 M G K模 型更 能 表 现 收 费通 道 车 辆 分配的实际情况。同时研究表 明， 在不同类型的收 费站 中 ， 在相 同 的收费车 道数下 ， 排 队车辆数 不 同导 致收 费站能处 理 的车 辆数 也 不 同 ， 随着 排 队车辆 数 的增加， 收费站能够处理的车辆数也在不断增加。 平均 排队车辆 数从 1辆增 加 到 4辆 时 ， 收费 站 的通 行能 力增加 幅度较大 ； 从 4辆 到 6辆 时 ， 收费站 的通 行能力增加幅度趋缓 ； 从 6辆到 8辆时， 收费站的通 行 能力增 加幅度 进一 步减缓 。 4 收 费站服务水 平等级 的确定 收 费站的服务 水平 是描述 收费站 内部交 通流 的 运行 条件对 司机 与乘客感 受 的一种质 量标准 。一般 评 价收 费站服务水 平 的标准有 ： 收费 时 间的长短 、 车 辆在 收费站 延误 时 间 的长 短 、 排 队 长度 的长短 。研 究表明： 收费时间的长短受收费制式、 收费设备 以及 收费人员素质等的影响较大。车辆在收费站的延误 时 间的长短虽 然可 以较好地 评价 收费 站的交通 条件 质量 ， 但易造成在相同的延误下 ， 不同类型收费站的 服务水平不一致且延误数据不易获得、 精度低。 目 前我国高等级公路收费站的服务水平可以采用车辆 的平均排队等候时间来划分服务水平。 服 务水平 A：车辆 到 达 ， 可 随 时进 人 收 费 通 道 接 受服务 ， 无须排 队等候 ； 服务水平 B ：收费站前短时间内有车队形成 ， 少部分车辆需停等， 大部分车辆 可无须停等进入收 费站接受服务 ； 服务 水 平 C：收 费 站前 逐 渐 形 成 车 队 ， 平 均每 个收费通道前有一辆车排队等候 ， 驾驶员有延滞感 ； 服务水 平 D：收 费 站 前 平 均 有 三 辆 车 排 队等 候 ， 到达车辆 须排 队缓慢驶 入 收费站 ； 服 务 水 平 E：收 费 站 前 平 均 有 十辆 车 排 队 等 候 ， 驾驶 员逐渐 难 以忍受长 时间地 等候 ； 服务 水平 F ：收 费 站 前 车辆 排成 长 队 ， 且 后 续 车辆不 断到达 ， 服务率 有 限。 在公 路收 费站 的规划 、 设 计或 评价时 ， 根据标 准 延误 流量 曲线 ， 通 过 各级 服 务 水平 的修 正得 到 服务 通 行能力 。在实 际应 用 过程 中 ， 通 常采 用 高峰 小 时 的 c级服 务通行 能 力作 为设 计 依 据 ， D级服 务 通行 能力 作为评 价依 据 。 5 结语 本文通过某高等级公路收费站的实地调查数据 的分析 ， 给出了收费站在不同的 E T C使用率情况下 的收费 站 的通行 能力 。并通 过实 际数据得 到 了在 不 同的 E T C车道数情况下收费站 的通行能力。在公 路 收费 站的规划 、 设计 或评 价时 ， 还可 以结 合收 费站 的受阻车辆、 延误时间、 排队长度 、 设计交通量、 车种 组成、 E T C使用率、 E T C收费道数等因素综合考虑 ， 通过 分析 以得到 符合实 际 的服 务通行 能力 。 参考文献 1 w e r n e r b r i l o n t r a f f i c fl o w a n a l y s i s b e y o n d t r a d i t i o n a l me t h o d s c F o u r t h i n t e r n a t i o n a l s y m p o s i u m o n h i g h w a y c a p a c i t y， 2 0 0 0， 2 6 4 0 2 陈 宽 民 道 路通 行 能力 分 析 M 北 京： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 3 3 谢军 高速公路通行能力分析 与服务质量评价研究 D 西 安 ： 长安大学 ， 2 0 0 7 4 张智勇 ， 荣建 ， 郑弘， 等 基 于 M G K排队模型 的北 京地 区高速公路收费站通行能力研究 J 公路 ， 2 0 0 1 ， ( 7 ) 5 曹园园 高速公 路收费站 的通 行能力和服务水平 J 北京公 路 ， 2 0 0 4， 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m