高强钢轻量化波形梁护栏应用分析

胡科甲

摘要：随着钢材在公路工程中大量的应用，其材料性能也得到了大幅的提升。目前，在波形梁护栏使用过程中，Q235钢材已经不能满足目前实际发展的需求。通过最新钢材技术的发展，高强钢轻量化波形梁护栏具有良好的应用效果和优势。本文针对高强轻量化护栏的实际应用和社会经济效益进行了详细的分析，希望能够为高强钢轻量化波形梁护栏的使用提供技术参考。

关键词：高强钢;波形梁护栏;效益

波形梁钢护栏是目前高速公路实施过程当中的安全设施的重要组成部分，在我国广大公路的运行中起到了关键的作用。在现行标准下，波形梁护栏主要使用钢材。为了提升钢材的强度、等级和性能，需要减轻护栏的整体重量，从而达到节能减排、降低成本的目的。因此，轻量化的应用对于波形梁钢护栏的良好社会经济效益实现具有重要的作用。本文针对高强钢轻量化波形梁护栏进行了详细的分析。

1现行标准下的波形梁钢护栏应用现状

1.1我国波形梁钢护栏的应用现状

经过相关统计，在2015到2021年间，平均我国高速公路年增长量达到了13万公里。根据国家对于路网的规划，到2035年，国家高速公路将达到16万公里。因此，波形梁钢护栏的应用量激增，根据现有状况的分析，每年至少有超过500吨的用量，因此用钢量是非常巨大的。

1.2现有钢护栏的优化分析

依据规范对于高速公路波形梁钢护栏的要求，其中规定其相应的力学、化学指标应不低于Q235的相应要求。即主要屈服强度应大于235MPa。断后伸长率应大于26%。但是该项标准最早提出是在1995年。当时的市场主要应用Q235钢材，但是经过多年的应用发现Q235钢材不论在性能和生产、环保等空间方面都有一定的限制，已经很难适应目前的发展，因此应进行逐步的优化。

高速公路波形梁钢护栏主要由梁柱立板、防阻块、加强梁等结构组成，按照波形梁的宽度分为两三波的护栏，两波护栏主要规格为4320*310*85，立柱的规格为Φ114。而三波梁板的主要规格为4320*506*85，立柱的规格为Φ140。因为耗费了大量的钢材，不利于节能减排的应用，因此应进行轻量化处理。

（3）因材料自重较大导致安装的问题。4mm的波形梁钢护栏质量可以达到104公斤以上，这样在安装时就需要四个施工人员，对于人力物力要求较高，也较为不便捷。

（4）物流运输成本大。目前在波形梁钢护栏生产过程中，其主要产自山东、江苏等省份。在全国各地的应用过程中，动辄就需要几百公里甚至上千公里的运输。常规的公路货运载重量不超过40吨，也给目前的运输工作带来了较大的困难。

通过以上的分析，我们可以看出波形梁钢护栏的轻量化趋势势在必行，其可以有效的减少环境的污染，同时也可以在后期施工的过程中，有效的保证其节能减排的效果和施工的便捷性。经过理论的计算，通过加强钢的强度有益于提高其整体的安全性，同时提高其生产率，也可以实现安全性能的提升。对于减少钢材的使用，减少汽车尾气的排放和人力、物力成本的耗费都具有重要的作用。目前，随着我国公路建设的不断加快。高强度轻量化波形梁护栏的应用市场前景广阔，可以实现良好的社会与经济效益。

2高强钢轻量化波形梁护栏的技术特征

目前，传统梁钢护栏存在自重较大等方面的问题，中国交通运输协会在2020年9月提出了新的高强钢轻量化波形梁护栏的技术标准。在满足安全性的基础上，可以通过提高钢材的强度，适当减少护栏的厚度，以减少钢材的浪费和能耗的增加。这样不仅可以对其制造和运输成本方面实现节约，同时可以有效的提升项目的整体性能。新的标准要求高强钢轻量化护栏在主要结构是梁板、立柱、横梁、防阻块等主要结构的材料，使用高强度钢力学和化学性能如下：屈服度大于700MPa，断后伸长率应大于17%。同时，新标准对波形梁高强度钢材的尺寸、标准和规格进行了相应的规定。

3波形梁护栏轻量化对比分析

通过对目前高速公路波形梁护栏常用A、SB、SA三种防护等级的钢材进行分析。通过对新旧标准的材料规格和质量进行了对比可以发现，原有Q235方案当中的钢材使用为4018吨，轻量化之后使用的高强度钢材为2530吨，预计工程可以实现钢材的节约1488吨，轻量化率超過了40%。同时，对高强钢的材料价格分析，其单价为Q235钢材的1.3倍。如果使用高强度钢材预计可以实现材料成本节约超过600万，造价降低率达到了20%。以本工程当中的护栏总长度82.7公里来看，可以实现明显的经济效益提升。

4高强钢轻量化波形防撞栏的优势分析

目前我国已经对高强钢轻质护栏进行了相应的研究，通过了国家安全设施质量认证，目前有五个防护等级，全部可以满足新团标的要求。在吉林、四川、江苏、广西等地的高速公路当中得到了广泛的应用，其与传统的Q235钢材相比具有以下优势：

4.1具有更好的性能

与Q235钢材相比，高强度钢屈服强度提高了665MPa，抗拉强度提高了375MPa，断后伸长率降低了9%，因此强度的提高大大提升了钢护栏的防撞性能。同时断后伸长率的降低也有效的保证了高强钢在不同气候环境下抗高低温的能力。

4.2节能环保性能优良

高强度钢护栏大大节约了钢材的使用，可以实现30%到45%的轻量化率，有效的减少了在钢材生产过程当中的碳排放，对环境保护做到了很大的支持，有效的实现了节能减排的效果。同时在运输过程当中的节约可以有效减少汽车尾气的排放。

4.3养护施工更加便捷

高强钢轻量化材料对于后期的养护具有良好的促进作用。有效的解决了目前SB级护栏在铺装后不能有效提升的缺点，一定程度上提升了工程施工的便捷性，降低了养护成本。

4.4具有更低的成本

在保证高强度钢护栏安全性能的前提下，其单位造价更低，安装效率也更高，因此具有良好的施工技术经济性。

5轻量化钢护栏的应用效益分析

通过对目前我国公路护栏现状的分析来看，每年使用的Q235钢材按普通公路11万公里计算，每年约需330万吨钢材。而高速公路每年8000公里，这就需要每年提供500万吨的钢材。如果这样大量的钢材使用转化为高强钢轻量化护栏，即可实现良好的社会与经济效益。对其应用效益进行了详细的分析，分析结果如下：

5.1实现了良好的节能减排效果

每吨钢产生2.1吨CO2的排放来进行计算，每年可以实现碳排放减少350万吨的效果。依据每吨钢生产过程中消耗571公斤的标准煤来进行计算。每年可以节约标准为95万吨，因此可以大幅的节约煤炭等不可再生资源，为节能环保创造良好的效益。

5.2降低运输成本

我国每年公路护栏的用量约为500万吨，如果采用新型轻质钢，可以减少为335万吨，按采用32吨运输车来进行计算，轻量化后的公路护栏运输较传统减少了51526辆，车辆的整体运输成本可以降低35%以上。同时，以柴油货车为例，其柴油消耗量为0.06L/（t·km）。如果采用的运输车辆运距都超过了1000公里，则可以减少CO2的排放量27万吨。

5.3工程造价的降低

以传统的Q235钢材的护栏为例，其每吨造价为6600元。而高强度钢每吨的造价为8600元，按照目前的用量来看，预计可以节约材料费42亿元，大大的提升了整体的经济效益。

参考文献

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.波形梁钢护栏第1部分：两波形钢护栏：GB/T31439.1-2015[S].北京：中国标准出版社，2015.

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.波形梁钢护栏第2部分：三波形钢护栏：GB/T31439.2-2015[S].北京：中国标准出版社，2015.

[3]中国交通运输协会.高强钢轻量化波形梁护栏：T/CCTAS16—2020[S].北京：2020.

[4]楊世龙.基于碳排放成本的陆路货运经济服务半径研究[D].北京：北京交通大学，2014.