美国公路护栏现状研究及分析

【摘 要】 美国是目前高速公路网最发达、里程最多的国家，也是开展护栏研究最早、最多的国家。其高速公路混凝土护栏占半数以上。对比结果发现，在新型护栏的强度达到了现有护栏的水平的同时，护栏的变形范围更小。在护栏设计的经济性和美观方面对护栏的结构特点进行优化选择并给出优化后的护栏结构，重新进行仿真分析，检验强度。对比优化前后结果发现，优化后护栏的强度虽略有降低，但在外形上较优化前更美观，并比较明显的降低了设计成本，增加了其作为产品投入生产的可实施性。

【关键词】 护栏形式 防撞性能 结构特点

1984年美国某科研机构拟定的《Evaluation criteria of highway safety facilities》在这方面有明确的阐述，里面给出的评价指标对实车足尺实验的标准化、护栏设计的合理化有纲领性的作用。在这之后，美国就开始大规模的对护栏的设置设计和高速公路其他安全防护设施进行研究和制定规范。

此外，美国国家公路运输商协会经过多年的理论和试验研究，对护栏形式选择、位置设置、结构设计等各个方面的方法和原则的分析为以后的研究提供了有力的理论根据，经过多年的理论研究和实践经验的积累，里面主要总结了高速公路交通工程设施、路侧设施及施工区安全设施研究的研究方法、试验过程和结果分析的内容，其中对各种护栏的力学特性、碰撞效果及护栏的各个部位的吸能状况有详细的分析，在设计合理性方面也有一定的讨论，并在本书的第二版中对以上内容进行完善。

一、护栏形式

（一）形式选择与分类。美国是目前高速公路网最发达、里程最多的国家，也是开展护栏研究最早、最多的国家，混凝土护栏在国外得到广泛应用。经过了将近 30 年的研究及发展，美国的安全护栏在研究和实践上取得了一定的进步，但从整体水平上与国外相比仍然存在着一些差距[1]。

美国高速公路中央分隔带护栏通道采用4种形式：HL1;HL2;HL3;HL4。不同的护栏型式，由于其本身特点，与道路的适应性及经济性也差距较大。

按护栏的构造形式划分：1.半刚性护栏。半刚性护栏的主要结构包括护栏的波形梁和立柱，有些还加之防阻块。2.刚性护栏。刚性护栏的结构在绝大多数情况的不会改变，因为它的构成材料多为混凝土，强度很大。3.柔性护栏，指在高速公路中间带内所设置的护栏。

（二）设置原则与形式选择。护栏的性能选择。护栏的吸能效果和抗冲击能力是护栏整体性能的重要评价指标，在选取合适的护栏形式时，必须先考虑到护栏的性能好坏。波形梁护栏作为目前国内外应用最为广泛的护栏形式，不但具有良好的吸能效果和抗冲击能力，并从外观上给人以舒适的感觉[2]。箱梁护栏和管梁护栏都在外形上比较美观，且都适合设置在积雪路面上。缆索护栏是靠拉张力在发生碰撞时将失控车辆拉回正常车道的一种柔性结构。相对以上几种护栏形式，混凝土护栏具有最强的强度和刚度。在受到碰撞冲击时，自身基本不发生形变，能够有效避免失控车辆冲出路外，但混凝土护栏对乘员安全的保障性差，外形也不美观，建议根据实际情况决定是否选用。

之所以要在道路上设置护栏结构，就是要通过加设交通安全设施来避免发生交通事故或最大限度地降低事故的严重程度，尤其是在车辆容易驶出路外而导致严重事故的路段。

护栏的外形美观程度属于护栏美学范畴，也是道路景观设计内容中的一个具体环节[3]。护栏的外形设计按要求应该能在心里上给车辆乘员有舒适的感觉，还要考虑对驾驶员视觉疲劳的缓解，产生良好的诱导效果。

二、防撞性能

（一）防撞性能分析。（1）护栏的承载能力有较大的富余，因此为了改善混凝土的导向性、提高乘员安全性，适当减小护栏截面混凝土的面积是可行的。（2）从乘员位置对应节点的加速度和车辆行进轨迹的比较可以看出，笔者构建的IF型护栏较SF型护栏具有更好的车辆导出性能和乘员安全性能。（3）基于数值仿真计算结果的IF型护栏设计图可以作为试验设计的参考，但需对其进行进一步的实车碰撞试验检验。重型车辆与刚性护栏碰撞过程中的拖车侧倾问题由于其后果的严重性，需要引起研究设计者的高度重视，有关拖车侧倾控制的研究仍需进一步加强[4]。

（二）选择防撞护栏的必要性。防撞护栏其主要作用是防止汽车司机失误或其它原因造成的非正常行驶车辆越出公路或穿越中央分隔带而闻入对向车道的交通事故发生，保护路侧行人、建筑物、汽车司机和车上乘员安全，同时兼有诱导驾驶员视线、增加行车安全感和美化公路环境的作用。

三、护栏的局限性和优点

混凝土护栏防止车辆越出路外的效果好，车辆碰撞时几乎不变形，同时碰撞汽车也恢复到正常行驶方向，但混凝土护栏因刚度较大不易损坏，其经济性不高，且因其不变型不能吸收碰搞能量对车辆及乘员伤害较大。

四、结论

在护栏设计的经济性和美观方面对护栏的构件进行优化选择并给出优化后的护栏结构，重新进行仿真分析，检验强度。对比优化前后结果发现，优化后护栏的强度虽略有降低，但在外形上较优化前更美观。

从美观和经济方面考虑对构件选择做出优化，优化后护栏的立柱在外观上让人感觉更加舒适，并且强度有明显的提高。优化后的护栏的整体结构防撞性能虽略有降低，降低了设计成本，在不影响护栏实际功用的条件下提高了其作为产品生产的可实施性。

【参考文献】

[1] 黄红武，刘正恒.汽车与高速公路护栏碰撞事故分析与研究.机械工程学报，2003（）

[2] 杨济匡，钟志华.汽车乘员在汽车与高速公路护栏碰撞中的动态响应分析.湖南大学学报，2002（4）：48一55.

[3] 杨久龄.高速公路护栏开发研究新动向一赴美国、日本考察报告之二公路交通科技，11（1）：57～61

[4] 丁桦、贾日学、储劲草.汽车与护栏碰撞特性的研究一车与波形梁护栏碰撞过程的力学模型.中国公路学报，1996，9（3）：85～90

[5] 馬力.中国汽车市场最近十年发展态势分析.世界汽车.2003，（1）：13～14

[6] 雷正保，谢玉洪，李海侠著.大变形结构的耐撞性[M].长沙：国防科技大学出版社，2005.

作者简介：王欢（1996—），女，汉族，山西运城市人，工学硕士，单位：重庆交通大学交通运输学院交通运输工程专业，研究方向：交通运输规划与管理。