■黃伯承

（福建省高速公路養(yǎng)護工程有限公司，福州 350100）

隨著現(xiàn)代交通的高速發(fā)展，高速公路護欄的防護等級要求也越來越受到國家的重視和社會的普遍關(guān)注，防護等級越高，司乘人員的生命安全就越有保障。2018 年1 月，交通運輸部頒布的《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》（JTG-D81-2017）正式實施，對高速公路中央分隔帶開口護欄設(shè)置提出系統(tǒng)的要求：（1）防護等級不得低于三（Am）級；（2）方便開啟與關(guān)閉、 具有可移動性， 宜在10 min 內(nèi)開啟10 m及以上的長度；（3） 與相鄰中央分隔帶護欄能合理過渡；（4）兩固定端安裝應(yīng)牢固，連接部分應(yīng)具有防盜功能[1]。 目前國內(nèi)已通過實車碰撞試驗并滿足《公路護欄安全性能評價標準》(JTG B05-01-2013)的中央分隔帶開口護欄型式主要有預(yù)應(yīng)力式活動護欄、框架式活動護欄、梯形座式活動護欄、組合式活動護欄等不同的型式[2-4]；高速公路管理部門、科研院所針對各自實際提出各種各樣的活動護欄型式并申請了專利[5-7]，有力促進了高速公路交通安全設(shè)施的研發(fā)[8-9]。 本文在吸收源自韓國、日本和美國提出的抗沖擊旋轉(zhuǎn)式防護欄設(shè)計理念，提出一種新型的可快速開啟和安裝的高速公路中央分隔帶開口旋轉(zhuǎn)桶式活動護欄， 且已通過實車足尺碰撞試驗，安全性能滿足三級（Am）防護等級的要求，同時具有開啟關(guān)閉快、動態(tài)變形小、景觀效果好、材料使用省、安裝維護方便等特點，產(chǎn)品已獲推廣使用，取得了較好的經(jīng)濟和社會效益（表1）。

表1 旋轉(zhuǎn)桶式活動護欄與現(xiàn)狀部分型式護欄對比

1 中央分隔帶開口護欄設(shè)計

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

該高速公路中央分隔帶開口旋轉(zhuǎn)桶式活動護欄高度95 cm，長度根據(jù)現(xiàn)場實際設(shè)置，由兩端過渡段和若干單元節(jié)段組成（圖1）。 每個單元節(jié)段長度6 m，主要構(gòu)件組成有：2 根長立柱、4 根短立柱、6 個旋轉(zhuǎn)桶 （EVA 復(fù)合材料）、2 個鋼套筒、4 根鋼橫梁等，每個旋轉(zhuǎn)桶間隔1 m，見圖2。 單元活動護欄長立柱下橫梁兩側(cè)設(shè)置了支撐輪，可以克服施工中鋼套筒鉆孔誤差， 確保活動護欄維持在同一個高度上； 單元活動護欄之間的連接機構(gòu)采用內(nèi)套筒連接， 單元活動護欄兩端下橫梁處設(shè)置了萬向輪，方便卸載后推移。

圖1 活動護欄總體布置圖

圖2 單元活動護欄布置圖

長度40 m 的高速公路中央分隔帶標準開口段， 布置6 個單元活動護欄， 兩端各設(shè)置2 個2 m的過渡段。 為了適應(yīng)高速公路中央分隔帶開口部不同長度的調(diào)整要求，設(shè)計增加了拼裝單元活動護欄長度5 m 節(jié)、4 m 節(jié)和3 m 節(jié)的設(shè)計， 以滿足工程實際需求。

1.2 連接機構(gòu)設(shè)計

單元活動護欄之間的連接機構(gòu)設(shè)計主要考慮以下因素：（1）實現(xiàn)單元活動護欄之間的連接，滿足碰撞強度要求；（2）便于開啟和安裝；（3）可以克服施工一定范圍內(nèi)上、下高差和左、右平差。

單元活動護欄之間的連接采用內(nèi)置套筒連接方式，見圖3。內(nèi)置連接套筒長度400 mm，內(nèi)套管上設(shè)置一個20×27 規(guī)格的插銷孔和長度223 mm 的螺栓通孔，設(shè)置的螺栓孔用螺栓固定，插銷孔用插銷插拔。 單元活動護欄橫梁端頭各設(shè)置一個螺栓孔和插銷孔， 螺栓孔與內(nèi)置套管對齊后用螺栓固定，螺栓采用M18，8.8 級的防盜螺栓， 插銷孔用插銷插拔。 內(nèi)置連接套筒的直徑在滿足強度要求的前提下，可以根據(jù)施工誤差要求調(diào)整，當(dāng)施工誤差較大，或者活動護欄設(shè)置在曲線上時內(nèi)置連接套筒外徑可適當(dāng)取小值。

圖3 連接機構(gòu)設(shè)計圖

1.3 萬向輪設(shè)計

為確保活動護欄在緊急情況下快速拆卸后方便移動，在單元活動護欄兩側(cè)各設(shè)置了一對萬向輪，萬向輪包含支撐輪和活動輪，活動輪具備轉(zhuǎn)動功能，使用時可向外轉(zhuǎn)動，不用時可收入橫梁底部，不影響活動護欄正常使用。 活動輪主要防止護欄推移過程中出現(xiàn)傾覆； 支撐輪主要起到支撐整個單元活動護欄的作用。 為了確保單元活動護欄在推移過程中萬向輪不會發(fā)生偏移，在支撐輪基座上設(shè)置了貫穿孔，活動輪向外旋轉(zhuǎn)到位后用一根帶彈簧的圓管固定，即可確保萬向輪推移過程中保持穩(wěn)定，見圖4。

圖4 萬向輪設(shè)計效果圖

1.4 端部過渡段設(shè)計

端部單元活動護欄橫梁之間用連接機構(gòu)連接，端部寬度從320 mm 過渡到500 mm，中央分隔帶護欄端部寬度500 mm， 銜接1000、1500、2000 mm 等不同寬度的中分帶，需要設(shè)置過渡段，過渡段長度根據(jù)現(xiàn)場實際調(diào)整。 活動護欄端部過渡段2 m 范圍內(nèi)兩側(cè)各用1 塊過渡板（二波變?nèi)ǎ┻B接，另一端連接中分帶護欄（圖5、圖6）。

圖5 過渡段護欄立面圖

圖6 過渡段護欄俯視圖

端部連接機構(gòu)與單元活動護欄之間的連接機構(gòu)一樣，均采用內(nèi)置套管連接，過渡段長立柱與過渡板之間通過螺栓連接，過渡板與中分帶護欄拼接后用螺栓固定。

2 實車足尺碰撞試驗及安全性能評價

2.1 碰撞試驗條件

根據(jù)《公路護欄安全性能評價標準》(JTG B05-01-2013)對護欄不同防護等級對應(yīng)碰撞試驗條件的規(guī)定，Am 防護等級開口護欄的試驗碰撞條件如表2 所示[10]。

表2 Am 防護等級開口護欄的實車足尺碰撞試驗條件

小型客車和中型車輛的碰撞點應(yīng)位于中央分隔帶開口護欄中點和沿試驗車輛行車方向距離中央分隔帶開口護欄終點2 m 處的位置，共進行6 次試驗，如圖7 所示。

圖7 中央分隔帶開口護欄的碰撞點位置

2.2 碰撞試驗結(jié)果

2.2.1 小型客車

根據(jù)小型客車護欄中點和端部碰撞試驗結(jié)果，護欄最大橫向動態(tài)變形值分別為0.35 m 和0.20 m，最大橫向動態(tài)位移外延值分別為0.60 m 和0.50 m； 中點碰撞后自護欄起始端起第22.50～27.00 m 護欄橫梁變形； 第9～11 根長立柱變形；車輛與護欄的刮擦長度為4.80 m；護欄最大殘留變形為0.20 m。 護欄端部碰撞后自護欄起始端起第38.30～40.00 m 護欄橫梁變形； 第13～16 根長立柱變形；車輛與護欄的刮擦長度為3.80 m；護欄最大殘留變形為0.10 m。 護欄中點和端部碰撞護欄后，前保險杠、前大燈損壞；車輛前端凹陷或彎曲變形；左側(cè)車體刮擦損壞。

2.2.2 中型客車

根據(jù)中型客車護欄中點和端部碰撞試驗結(jié)果，護欄最大橫向動態(tài)變形值分別為0.80 m 和0.45 m， 護欄最大橫向動態(tài)位移外延值1.05 m 和0.75 m，車輛最大動態(tài)外傾值1.00 m 和0.75 m ，車輛最大動態(tài)外傾當(dāng)量值1.20 m 和0.90 m。 護欄中點碰撞后自護欄起始端起， 第18.00～26.00 m 護欄橫梁變形；第8～12 根長立柱變形；車輛與護欄的刮擦長度為9.40 m；護欄最大殘留變形為0.72 m。 護欄端部碰撞后自護欄起始端起， 第36.40～40.00 m護欄橫梁變形；第12～17 根長立柱變形；車輛與護欄的刮擦長度為4.60 m； 護欄最大殘留變形為0.34 m。

2.2.3 中型貨車

根據(jù)中型貨車護欄中點和端部碰撞試驗結(jié)果，護欄最大橫向動態(tài)變形值分別為0.85 m 和0.40 m，護欄最大橫向動態(tài)位移外延值1.15 m 和0.65 m，車輛最大動態(tài)外傾值分別為0.95 m 和0.55 m，車輛最大動態(tài)外傾當(dāng)量值分別為1.10 m 和1.60 m。護欄中點碰撞后自護欄起始端起， 第18.50～33.70 m 護欄橫梁變形； 第9～13 根長立柱變形；車輛與護欄的刮擦長度為12.50 m； 護欄最大殘留變形為0.80 m。 護欄中點碰撞后，前保險杠變形；左前大燈損壞；車輛左前側(cè)車體刮擦損壞。 護欄端部碰撞后自護欄起始端起， 第35.50～40.00 m 護欄橫梁變形；第13～17 根長立柱變形；車輛與護欄的刮擦長度為7.50 m；護欄最大殘留變形為0.34 m。 護欄端部碰撞后，前保險杠變形；前大燈損壞，前擋風(fēng)玻璃破裂脫落；車輛左側(cè)車體刮擦損壞。

2.3 安全性評價結(jié)論

實車足尺碰撞試驗結(jié)果表明，該護欄對小型客車的阻擋功能、導(dǎo)向功能、緩沖功能以及對中型客車和中型貨車的阻擋功能、導(dǎo)向功能均滿足標準要求， 護欄中點和護欄端部最大橫向動態(tài)變形值、最大橫向動態(tài)位移外延值、 車輛最大動態(tài)外傾值、車輛最大動態(tài)外傾當(dāng)量值均滿足試驗標準要求，試驗結(jié)果有效。 因此，該護欄安全性能滿足三級（Am）防護等級要求，產(chǎn)品可以在高速公路中央分隔帶開口處推廣使用。

3 產(chǎn)品特點

通過實車足尺碰撞試驗和高速公路實際應(yīng)用效果，該護欄具有以下主要特點：（1）開啟快速。 可插拔和拆卸結(jié)構(gòu)， 應(yīng)急情況下可以實現(xiàn)3 min 內(nèi)開啟和推移12 m（2 節(jié)），遠優(yōu)于規(guī)范要求10 min 內(nèi)開啟10 m 的標準。 （2）安全升級。 通過旋轉(zhuǎn)摩擦方式把瞬間沖擊能轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)能和摩擦能，有效降低車輛受損和人員傷害程度；通過旋轉(zhuǎn)運動改變車輛反彈角度，能重新恢復(fù)車輛的正常行駛方向，降低二次事故風(fēng)險，極大提高安全保障。 （3）材料節(jié)省。產(chǎn)品造型簡潔，大大節(jié)約材料成本，每延米使用材料約78 kg，是目前市場同類產(chǎn)品材料用量的50%～80%。（4）造型美觀。美觀的造型及靚麗的旋轉(zhuǎn)桶具有較好的視線誘導(dǎo)功能，可提升路容路貌，有效緩解司機駕駛視覺疲勞，減低事故發(fā)生率，尤其是夜間及雨天效果更為明顯。（5）安裝簡便。產(chǎn)品設(shè)計精巧，單元組裝后在現(xiàn)場可實現(xiàn)便捷安裝，大大減少現(xiàn)場作業(yè)時間，有效降低涉路作業(yè)危險。 （6）維保簡單。 受車輛撞擊后僅更換局部受損配件即可，無需大面積更換；旋轉(zhuǎn)桶為EVA 復(fù)合材料，具有抗化學(xué)物質(zhì)腐蝕、抗老化、抗候性等特點，受車輛撞擊不易破損，使用壽命周期（10 年）內(nèi)無需更換。

4 結(jié)語

該新型可快速開啟和安裝的高速公路中央分隔帶開口旋轉(zhuǎn)桶式活動護欄，經(jīng)過小型客車、中型客車、中型貨車3 種車型在護欄中點和端部實車足尺碰撞試驗，各項指標均滿足《公路護欄全性能評價標準》(JTG B05－01－2013)的要求，防護等級達到三級(Am 級，防護能量160 kJ)，同時具有開啟關(guān)閉快、動態(tài)變形小、景觀效果好、材料使用省、安裝維護方便等特點。 該新型活動護欄的研發(fā)與應(yīng)用，將推動高速公路中央分隔帶開口護欄的型式發(fā)生“革命性”變化，在高速公路安全管理上增強安全屏障、 預(yù)防和減少交通事故及降低事故惡性程度上發(fā)揮重要作用， 對于提升高速公路運營安全具有重大意義。