刘长杰
（临沂市公路局临沭县公路管理局，山东临沭276700）
摘要：公路安全生命防护工程不仅是公路设计部门，也是公路养护管理部门重点考虑的内容，主要研究方向是以人民为中心，人性化设计、科学化管养。其中，护栏作为最常用的路侧安全生命防护工程，以经济可靠、防护性能好的优点得到广泛运用并在规范中不断完善。文章通过研究国内外护栏设计现状与近年安全事故数据，分析当今护栏设计中存在的不足，探究影响设计的主要因素，并介绍相关的评价方法。关键词：波形梁护栏；安全；影响因素；评价方法中图分类号：U417.1
文献标识码：A
文章编号：1673-78（2019）04-0095-03
Safety Influencing Factors and Evaluation Methods of Highway Beam Guardrails
LIU Changjie
（Linyi County Highway Administration ，Linyi County Highway Bureau ，Linshu Shandong 276700，China ）Abstract ：The road safety life protection project is not only the highway design department ，but also the key consideration of the road maintenance management department.The main research direction is people-centered ，humanized design and sci-entific management.Among them ，the guardrail is the most commonly used roadside safety life protection project ，which is widely used in the advantages of economy ，reliability and good protection performance and is continuously improved in the specification.By studying the current situation of guardrail design at home and abroad and the data of safety accidents in re-cent years ，this paper analyzes the shortcomings in the design of today's guardrails ，explores the main factors affecting de-sign ，and introduces relevant evaluation methods.
Key words ：wave beam guardrail ；safety ；influencing factors ；evaluation method
0引言
随着公路网不断优化完善以及汽车保有量不断增加，我国公路运输服务实现大发展，同时也带来交通事故不断增加的问题。2015年2月交通管理局公布了2014年全国交通事故多发、死亡人数集中的十个高危路段，位于山东境内的国道104线533km ~540km 路段，全年共发生交通事故298起、死亡80人，该路段事故形态以车辆侧面碰撞事故为主。2017年中国严重人员伤亡的道路交通事故中，汽车与护栏碰撞事故起数和死亡人数分别占其总数的1.07%和1.13%[1]。因此，研究护栏在不同影响因素下的功能性对提高安全性具有十分重要。
本文通过分析公路波形梁护栏安全性影响因素，
交通节能与环保
Transport Energy Conservation &Environmental Protection
第15卷第72期2019年8月
V ol.15No.4August.2019
收稿日期：2019-01-23
作者简介：刘长杰（1981-），男，山东莒南人，工程师，从事公路建设与养护管理工作．
得出在设计施工中波形梁的关键因素，介绍两种评价方法以评估波形梁的安全性。1
波形梁护栏构造
波形梁作为一种典型的半刚性护栏，一般由钢波形横梁、防阻块、立柱构成。我国参照美国及西欧等国采用所谓“强梁弱柱”的护栏设计理念和设计机理。其主要目标是尽可能发挥护栏结构的整体功效，关键因素是确保横梁结构稳定和高度设置合理。其主要构思为：
（1）横梁结构稳定，包括横梁本身结构和连接处结构稳定。确保遭受撞击时高度不变，持续发挥阻拦功能，保证车辆不冲出路面范围，造成严重伤亡。
doi :10.3969/j.issn.1673-78.2019.04.026
（2）增加立柱数量，发挥立柱支撑功能不再依
赖于单个立柱的结构强度，而更加注重立柱群的整
体功能，这要求横梁强度应当足够抵抗车辆的冲击。
（3）防阻块的强度适中，确保防阻块既能充分
发挥车辆对横梁的缓冲功能，又防止强度过高使缓
冲失效。同时对车辆撞击过程中行驶轨迹矫正，使
部分向外侧冲击势能转为向前势能。
我国采用的典型防撞护栏结构的主要参数如表1
所示。其中，立柱标准间距为4m（加强时为2m）。
立柱在地面（或路缘石顶面）的埋深：对于二波波
形梁护栏B级立柱不应小于125cm，A、Am级不
应小于140cm，三波波形梁SB，SBm，SA，SAm
和SS级不应小于165cm。立柱外侧压实的有效路基
宽度不小于25cm。在该埋置条件下，当防撞护栏遭
受车辆碰撞，立柱形成的力学模式是在地面下20~
25cm产生可转动的“铰”，以允许立柱倾倒，但稳
固不产生位移，以保证土基-立柱与防撞护栏板的共
同协调整体承力。
表1波形梁防撞护栏主要
Tab.1Wave beam collision barrier main
防撞等级B A，AM
SB，SBm SA，SAm SS 波形梁及横梁
二波310×85×3
二波310×85×4
三波506×85×4
三波506×85×
4+φ×5.5
三波506×85×
4+φ×5.5
托架及防阻块
托架310×70×4.5
防阻块196×178×200×4.5
防阻块300×200×290×4.5
防阻块300×200×290×4.5
防阻块350×200×290×4.5
立柱
Φ114×4.5
Φ114×4.5
□130×130×
6+Φ114×4.5
□130×130×
6+Φ114×4.5
□130×130×
6+Φ114×4.5
撞时波形梁深波纹的逐渐展开及其纵向局部挠曲，
防阻块的塑性变形，立柱的变形及倾倒。上述两者，
可以吸收和消减大部分的碰撞能量，对失事车辆起
到缓冲的作用[3]。
2.3导向
形成连续梁系统的波形梁在碰撞时产生的反作
用力，即回复力及波形梁对失事车辆摩阻力的作用
下迫使车辆减速，并顺着纵向变形呈弧形的波形梁
以某一角速度转向。
3安全性影响因素
3.1设计速度
护栏防护功能在于能够吸收事故车辆的行驶动
能，因此不同等级的护栏防护对应不同等级的车辆行
驶动能，考虑护栏防护的折减系数，确定不同的车辆
行驶动能区间，以此来确定护栏类型的科学性。在确
定的交通组成下，车辆运行速度的不同直接决定了车
辆行驶动能的不同，运行速速越大，车辆行驶动能越
高，如发生事故则毁伤程度更大，因此选用的护栏等
级越高，反之亦然。在对山东省多条公路事故统计中
发现，运行速度与事故发生率存在明显的正相关[4]，
由此可以看出运行速度直接决定护栏等级。
3.2平纵线形
道路事故发生概率及严重程度与平曲线半径成
反比，平纵线型的合理设置对驾驶员和车辆的行驶
稳定性具有重要意义。当R≥1000m时，指标越
高，驾驶员视距充分，车辆操作少，稳定性高相应
事故率越低；当R＜1000m时，随着指标降低，
视距不充分，车辆操作频繁，行驶稳定性差，更容
易发生冲出路面的概率[5]。
过大的纵坡在路线设计时是慎重选择的，由于
地形或公路等级要求，不得已采用的长大纵坡对车
辆和驾驶员的要求更高，由于在下坡中频繁制动易
使刹车片失灵，车速不断增加，加大了车辆操控难
度，易导致车辆失控冲出车道，爬坡过程中，易引
发频繁超车，导致路况复杂及车距视距不稳定。
3.3土路肩宽度
土路肩宽度不仅能提供失控车辆的紧急避险空
间，也是设置护栏和发挥护栏防护功能的重要保障。
规范规定，当采用B级及以下护栏时土路肩的宽度
应最少采用四级路标准路肩宽度，当采用A级及以
上护栏时，土路肩应最少采用三级路标准路肩宽度。
在我国西部山区及不少农村路设计中土路肩宽度往
往低于标准路肩宽度，这就严重影响了护栏功能的
2防撞机理
2.1拦阻
（1）强度与刚度因素：波形梁护栏金属构件均具有足够的强度；各部件合理的截面形状及尺寸；适当的立柱间距。立柱在土基中足够的埋入深度及其外侧足够的土体宽度，形成土基-立柱-波形“连续”梁的整体承力系统，在失事车辆碰撞下具有足够的强度不被冲断破坏，也具有足够的刚度保证碰撞时的最大横向动变形量控制在允许的范围。
（2）竖向几何位置：波形横梁合理的竖向高度保证了失事车辆不穿出、不翻越。
2.2缓冲
（1）形成连续的波形梁在车辆碰撞下具有一定的横向动变形量。
（2）波形护栏部件的局部弹塑性变形，如在碰96第4期
发挥，护栏立柱外侧不能达到保护层厚度要求，难以保障护栏安全性。
在美国的《路侧设计指南》[6]中指出：护栏的设置要求主要考虑到年平均日交通量、边坡坡率和填土高度。在此基础上，我国又增加了设计速度这一条件，并根据经济地形要求设置护栏。
4护栏本身影响因素
4.1阻拦高度
护栏设置合理的阻拦高度才能充分发挥其功能，最大限度地吸收车辆的行驶动能，因此，防护高度是除横梁结构强度外一个重要因素。在实际使用中，由于施工过程中高度预留和使用中路基结构沉降以及后期修复问题，护栏高度可能达不到规定值。
4.2保养情况
由于我国地形气候复杂，存在特殊气候条件下对护栏的侵蚀。我国的波形梁护栏采用的是热浸镀锌工艺，适用一般的气候条件，不适用于海边以及工业污染严重的地区。
4.3整体结构稳定
波形梁护栏的整体结构包括立柱、防阻块、梁板及连接装置。在护栏设计中，相比较各个结构的强度，其连接装置的结构稳定对发挥整体结构性能十分重要，连接装置主要由螺栓充当，螺栓结构确保了护栏高度和横梁的抗拉性能。在实际运营中，对护栏碰撞易使螺栓磨损，结构破坏，从而降低护栏的整体稳定性。
5评价方法及实例
5.1评价方法
目前，国内外主要通过碰撞试验和计算机仿真两种方法来评价护栏的安全性能。碰撞试验包括足尺碰撞试验和缩尺模型试验。计算机仿真是利用虚拟试验场、LS-DYNA、PAM-CRAS等有限元软件建立车辆-道路-护栏-驾驶员模型，验证不同的护栏类型、不同的外倾率、不同立柱埋深等对模型各部分的影响效果。总体来说，实车足尺碰撞试验方法耗时长、费用高，难以作为日常护栏改进设计工作的主要技术手段。有限元仿真已成为护栏安全性研究的有效手段，非线性有限元方法是建立护栏、车辆仿真模型的主要技术手段。护栏模型、仿真、试验的研究一直是交通安全领域的难点[7]。
有限元模型的建立中，护栏有限元部分要确定栏板、立柱和防阻块的尺寸，立柱材料采用与栏板相同的103号弹塑性材料。相关研究显示，在地表下420 mm处为立柱抵抗撞击时的最大力矩处，在此深度处可模拟土基对立柱的支撑作用。
汽车有限元模型使用的材料模型有：101号弹性材料、103号弹塑性材料和201号材料等。其中103号弹塑性材料使用的最多，可以模拟车辆保险杠、车体骨架、驾驶室底板等地方。同时运用刚性梁单元、非线性弹簧及铰链连接内容模拟车辆操控装置。轮胎轮毂刚调用相应壳单元模拟，通过设置轮胎内胎的压力曲线来模拟车轮内胎的压力。
5.2工程实例
从2016年3月开始，山东省临沂市临沭县分三年三批次在国省干线公路组织实施路侧安全处置、完善标志标线系统等生命安全防护工程，其中，安装路侧SB级波形梁护栏16230m，完成工程投资额420万元，重点路段的重特大交通事故起数、死亡人数和受伤人数大为减少，降低了事故隐患路段的安全风险，取得了良好的社会效果。
6结论
通过分析得出公路波形梁的影响因素主要分道路整体和护栏两个方面考虑。具体为设计速度、平纵断面线形、土路肩宽度、安全净区宽度、路堤填土高度，护栏本身的影响因素护栏的中心高度、腐蚀程度以及拼接螺栓缺失形态。在选择护栏形式时应该考虑各种因素的作用，运用有限元软件模拟时，应选择适合的模型参数。
参考文献：
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http：//www.chinaj-yzb.com.cn/hangyedongtai/4379.html.
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[5]任康伟．座骑式钢筋混凝土防撞护栏稳定性分析[J]．
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