论城市道路护栏的选择.pdf

1论城市道路护栏的选择 论城市道路护栏的选择 石红星 北京市交通委员会（北京，100053） 摘要：摘要：本文首先系统分析了目前城市道路护栏的重要性以及存在的问题，论述了护栏设计的原则，然后在设计的条件、护栏评价标准、设计方法等方面提出了建议，最后推荐了若干种形式护栏供设计者选用。关键词关键词：道路 护栏 设计 评价 选择 1 引言 1 引言 护栏的作用就是改善安全性，较少伤亡和损失是它的目标。从交通安全防护的角度讲，气囊、安全带、道路护栏等都是被动安全防护必不可少的。它们在事故发生后，极大地减少了人员伤亡和财产损失，与可变情报板（VMS 或 CMS）、标志、标线等主动防护措施一起，保障着交通的安全。好的城市道路护栏设计，还有助于缓解交通拥堵这个大中型城市的通病，提高道路通行能力。高强度护栏减少了被车辆冲过的危险，避免了与对向车辆（或道路外车辆）碰撞的二次事故；导向好的护栏也避免或减小了事故车辆与同向交通发生二次事故的可能；人员伤亡和事故数量的减少、事故严重程度的减轻、护栏修复的便易性等都对交通拥堵的缓解有不可忽视的影响。然而，目前的城市道路护栏状况却不尽如人意。首先，目前城市道路护栏的设计理念存在着问题，狭窄的专业划分使安全设施的设计日趋僵化、照搬照抄、设计者不懂交通管理、与道路其他专业的设计缺乏配合等问题普遍存在于道路与公路护栏的设计中。其次，城市护栏缺乏标准，多参照脱胎于日本规范的公路护栏标准1，此标准用于公路尚存在许多问题，更何况道路和交通条件不同的城市道路呢2？再次，对城市道路护栏来讲，同样存在着防护能力不足的问题，经常出现车辆冲过护栏与对向车辆碰撞、车辆撞断立交桥的护栏跌落至相邻道路上的严重事故，给交通带来极大影响。还有，目前的护栏不易维修，维修时不得不长时间占用一个或几个车道，令本就拥堵的交通雪上加霜。针对这些问题，笔者结合自己的研究和设计经验，针对城市道路护栏提出若干建议，给从业者提供一种新的思路，抛砖引玉，希望促进大家开发设计出更安全、更美观、更实用的护栏，为新型交通体系的建立加砖添瓦。2 选择道路护栏的原则 2 选择道路护栏的原则 首先，护栏的选择需要系统思维，而不应把它看作一个独立的过程。只有综合考虑道路条件、交通条件和交通管理状况，才能因地制宜的设计出符合要求的护栏形式。否则，护栏只是一个摆设，一个面子工程而已。因此，设计者应该熟悉道路工程尤其是线形设计、交通工程、交通安全工程、道路交通管理等相关专业，熟悉标准规范的由来，乃至要清楚标准规http:/ 2范中存在的不足之处；同时设计者还要有全生命周期的概念，了解建设、使用和维修各阶段的情况，才能最大限度的满足护栏的使用要求，保证优良的设计。其次，护栏的选择要因地制宜。护栏选择要考虑道路设计指标，尤其是主体设计中线形等指标，再根据交通量预估车辆的运行速度，确定护栏的初始碰撞条件；考虑路侧情况，确定路侧危险度再据此选择相应等级的护栏；同时要考虑道路的事故率，根据已有的事故资料选择护栏；并考虑现有的交通管理水平，目前的城市道路的交通管理、限速指标的确定和标志标线等设施管理职责在交管部门，护栏的管理在路政部门，设计者在进行护栏设计的同时，还应对交通管理提出建议，考虑与监控和通信等机电系统的相互配合等。第三，护栏防护能力要强。护栏的防护能力强，就是要保证护栏结构强度足够，不被车辆撞断。因为城市道路交通量大，事故经济损失大，容易造成交通拥堵，所以更应该保证护栏的安全性。尤其是在重载货车通过量大的路段，更要保证中央分隔带护栏的防撞能力以免发生与对向车辆碰撞的二次事故。第四，护栏导向能力好,车辆碰撞护栏后，能够顺利导出而不会反弹过大导致与同向的车辆发生二次事故。第五，经济性好，节约土地。在满足护栏防撞与导向性能的同时，也要尽力减小护栏材料的用量保证经济性。同时，我国的土地资源稀缺，在城市中更是如此，因此尽量选用占用土地面积小的护栏，降低工程造价。第六，护栏应美观34，与道路周边环境协调一致，并可以采用绿化等手段使护栏美化。第七，护栏的维修要简单，这样在发生事故后，可以在短时间内修复，减少对于交通的影响，避免或减轻交通拥堵。3 城市道路护栏设计的建议 3.1 护栏设计条件 3 城市道路护栏设计的建议 3.1 护栏设计条件 笔者在前一部分给出了护栏选择的原则以及考虑的因素，在此对护栏防撞能力的决定因素：碰撞车辆的质量、车辆与护栏在初始碰撞时的角度以及碰撞车辆的速度进行分析，这三个要素是护栏开发和设计的条件。目前缺乏城市道路车辆与护栏碰撞事故的调查资料，因此可以参考公路护栏碰撞事故调查资料进行确定，并根据城市道路交通特点进行修正。笔者根据调查结果，并参考了欧洲、美国和日本等国家和地区标准，提出了公路护栏的设计条件如下（分别为车辆质量，碰撞速度，碰撞角度）5：高速公路：高速公路：小客车：1.5t、80km/h、20；大客车：14t、60km/h、20；中货车：10t、60km/h、20。一般公路：一般公路：小客车：1.5t、60km/h、20；大客车：14t、40km/h20。城市道路护栏的碰撞角度、车辆质量在缺乏资料的情况下可以参照此进行选择，即分别选择小客车和大客车两种车型，车辆质量为 1.5 和 14t，碰撞角度取 20。车速的选取则值得商榷，比如美国护栏评价标准Report350中最大试验车速为100km/h，它的选择是基于美国限速 55mph（89km/h）基础上的，而目前美国速度限制多调整为 65mph，http:/ 3甚至有的州调整为 70mph，因此 Report350 标准也应调整6。通常道路 85%位运营车速大于限制车速，目前城市道路与公路的车速管理问题较多，且短期内难以改变（道路车速管理将另行成文分析）。尽管高峰时刻城市道路行驶速度较低但是事故却往往是车速大于限制车速时发生的，鉴于城市道路护栏碰撞事故的严重程度往往大于公路，因此建议碰撞速度选择原则如下：?相邻路段以车速大的为准，就高不就低；?选择限制车速和 85%位运营车速中较大者；?将选择的车速加 10km/h 作为护栏的设计车速。3.2 评价标准 3.2 评价标准 参照公路护栏评价标准，建议城市道路护栏采用相同的评价标准6：1.1.结构强度标准：车辆不得跨越和下穿护栏 结构强度标准：车辆不得跨越和下穿护栏 防止发生严重的二次事故。2.2.车辆轨迹标准：车辆的驶出角度不大于碰撞角度的 60%车辆轨迹标准：车辆的驶出角度不大于碰撞角度的 60%车辆碰撞护栏后不能反弹太大，避免其驶入同向行驶的其它车道发生二次事故。3.3.乘员风险标准：乘员纵向最大加速度（10ms 平均值）不大于 20g。乘员风险标准：乘员纵向最大加速度（10ms 平均值）不大于 20g。护栏强度高时，缓冲性较差，车辆与乘员所受的冲击加速度较大；反之，护栏强度低时，缓冲性较好，车辆与乘员所受的冲击加速度较小。人体生物力学认为，车辆碰撞护栏时，如果冲击加速度达到某种程度，人体就会受到伤害。可以参考美国对碰撞护栏事故中乘员的伤害评价指标规定如下：如果乘员受冲击而不留严重的后遗症，要求乘员的纵向加速度极值为20g/10ms(g 为重力加速度)，并推荐采用 75%的限定值，即 15g/10ms。3.3 设计方法 3.3 设计方法 车辆与护栏的碰撞过程十分复杂，因为碰撞结构的高度复杂性和碰撞过程的高度瞬态性，加上结构的塑性大应变，此过程涉及材料非线性还有变形的非线性，所以远比一般塑性力学和塑性结构动力学中以单元或构件为研究对象的情况复杂。使这一问题的解决非常困难，比较精确的理论解法只有动力学有限元方法。笔者对碰撞过程进行了简化，使用双自由度模型确定最大碰撞力7，将作用力从碰撞接触点按照 45向护栏根部传递进行横向配筋设计，一般情况下纵向不配受力钢筋8。同样的，笔者吸取了日本设计方法中的合理因素，并根据多个实车碰撞试验结果对钢护栏设计方法进行了探讨59。通过与实车碰撞试验结果对比表明设计方法简单有效，可以在护栏开发和设计时使用。一般开发设计出新的护栏结构后，应该使用动力学有限元软件对护栏结构进行模拟并经市车碰撞试验验证后才能使用，因其过于复杂，建议采用国内外实车碰撞试验验证过的护栏结构。但也要注意谨慎选用，因为不排除有机构为了商业利益而推荐不达标护栏的可能。设计者可以采用笔者推荐的设计方法对结构进行初步验证，并结合实际经验选用，尽量避免盲目照搬。3.4 几种适用的城市道路护栏 3.4 几种适用的城市道路护栏 第一种适用的形式为槽形护栏，有单面槽形护栏和双面槽形护栏两种形式，常见形式参http:/ 4见图一。护栏的坡面形状可以参照标准选用，在槽形处种植草木，并采用滴灌方式送水。这种护栏把混凝土护栏的强度高、节约土地、占地少和不易损坏等特点结合起来，并可以在护栏中间种植绿化物，美化环境，也可以结合国外研究的砼护栏美化的研究成果进行护栏结构的美化34。种植土 图一 普通双面槽形护栏示意图 图二 插拔式护栏示意图 第二种形式为笔者设计的插拔式护栏（公开号：CN2635728），其结构是将原有护栏立柱分为上下两部分，上立柱的钢管下端套在下立柱的钢管上端内，有螺栓横穿其中，将上下立柱钢管连接在一起。它通过对下立柱的加强，使用套管或者其他工艺来防止下部护栏立柱的变形，同时对上部立柱的局部减弱或全部减弱来控制护栏立柱的变形位置，这样虽力臂减小，但截面抗弯模量也同时减小，从而保证防撞等级不低于原标准设计。本护栏易于施工，在车辆碰撞后能够方便地更换，而且不但适用于土路肩，挡墙和桥梁等位置，还适用于各种形式的钢护栏，更可以在路面加铺后方便的升高。这种护栏强度高，通透性好，美观，易维修。第三种为可移动护栏10（Movable barrier，可以使用 Google 进行查询），特别适于潮汐式交通和道路临时施工时使用，并可以用来进行交通组织管理，在美国使用较多，在上海市也有使用。另外，现有城市道路护栏断头形式单一，建议对其进行处理，可选用渐变式、下沉式端头等形式，并配合使用防撞桶。4 结论 4 结论 笔者系统分析了城市道路护栏存在的问题，并提出了设计原则，进而对设计条件、评价标准、设计方法提出了建议，最后推荐了若干适用的城市道路护栏形式。希望本文可以开阔设计和科研人员的思路，进而开发出更好的城市道路护栏，以改善城市道路的安全。主要参考书目：1、高速公路交通安全设施与施工技术规范，JTJ074-94，人民交通出版社，北京，1994 2、Shi Hongxing，浅析公路工程标准，中国科技论文在线(http:/)，2006 年 6 月 3、MASTER OF SCIENCE，JACOB RAYMOND NESS，DEVELOPMENT OF GUIDELINES FOR THE AESTHETIC SURFACE TREATMENT OF SAFETY-SHAPED MEDIAN BARRIERS，2004 http:/ 参考文献 参考文献 54、NCHRP report 554，Aesthetic Concrete Barrier Design，WASHINGTON,D.C.2006 5、同济大学博士学位论文，石红星，道路护栏碰撞分析，2003.1 6 NCHRP Report 350，Recommended Procedures for the Safety Performance Evaluation of Highway Features，Washington,D.C.1993、7、石红星等，车与混凝土护栏碰撞的冲击力简化模型，公路交通科技，2002.4 8石红星等，桥梁砼护栏设计的研究，公路交通科技，2002.12 9、社団法人.車両用防護柵標凖仕様同解说.日本道路协会，平成11年3月 10、http:/ The choice of city road barrier Shi Hongxing Beijing Municipal Committee of Communications Abstract The importance and some questions of road barrier were analyzed with system thinking.Then the design rule of road barrier was described.Moreover,the author gave suggestions on design conditions,evaluation criterion,and design method of barrier.At last some styles of barrier were recommended for designers.Keywords:road,barrier,design,evaluation,choice 石红星：男，博士，高级工程师，从事交通工程研究。Email：。http:/