一种高速公路中央分隔带开口护栏的设计开发

赵英培 宋粉丽 刘海宽

摘 要：为方便车辆在紧急情况下通行，高速公路中央分隔带护栏至少2 km就应设置一个开口，开口位置设置中分带活动护栏。开口位置中分带护栏应具备防撞性能要求且具有较高的可移动性，方便开启与关闭。本文设计开发了一种SB级防撞能力的中央分隔带活动护栏。该护栏不仅移动灵活、开启方便，并且适合不同开口长度的中央分隔带开口护栏安装，可以循环利用。

关键词：高速公路;活动护栏;防撞性能;设计开发

中图分类号：U418.7文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）07-0085-04

Design and Development of a kind of Open Guardrail in Expressway

ZHAO Yingpei1，2 SONG Fenli1 LIU Haikuan1

（1. Henan Transportation Research Institute Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450000;2. Henan Guangcai Group Development Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： In order to facilitate the passage of special vehicles in emergency， an opening should be set at least 2km away from the median guardrail of expressway， and a movable median guardrail should be set at the opening position. The median strip guardrail at the opening position shall have anti-collision performance requirements and high mobility， which is convenient for opening and closing. In this paper， a kind of movable guardrail with SB level anti-collision ability was designed and developed. The guardrail is not only flexible and easy to open， but also suitable for the installation of median opening guardrails with different opening lengths， which can be recycled.

Keywords： expressway;movable guardrail;anti-collision performance;design and development

高速公路中央分隔带开口护栏是设置在中央分隔带开口处，为方便车辆在紧急情况下通行和一侧公路施工封闭时临时开启放行的活动设施。根据《公路路线设计规范》（JTG D20—2017）规定，中央分隔带开口间距应视需要而定，最小间距应不小于2 km，中央分隔带开口长度不宜大于40 m[1]。截至2019年底，我国高速公路总里程达到14.96万km，按每2 km设置一处活动护栏计算，共有7.5万处，按每处40 m计算，共计3 000 km[2]。据不完全统计，高速公路交通事故中与中央分隔带有关的事故约占30%，且车辆穿越中央分隔带冲进对向车道往往造成重大二次事故[3-4]。为了满足紧急情况下快速开启的需要，开口处多采用活动护栏，因此，以往设计中大多重视护栏的活动性，而对防撞能力考虑较少，导致其防撞能力不足。为此，本文设计开发了一种新型中央分隔带活动护栏，该活动护栏防撞能力达到SB级。该护栏由标准的护栏节段组成，可自由组合，适合不同开口长度的中央分隔带开口护栏安装，并且可以循环利用，方便开启与关闭，具有较高的可移动性。

1 当前常用护栏形式与不足

1.1 常用活动护栏形式

目前，国内主要采用的活动护栏形式包括预应力活动护栏、插拔式活动护栏、伸缩式活动护栏、充填式活动护栏、推拉式活动护栏等[5-7]。预应力活动护栏中钢管桁架为主体结构，预应力钢绞线布置在纵向横梁钢管中;每组桁架上设置有两个套管，并通过钢管立柱与预埋套管连接，桁架上设置有高度可调节的万向轮和支架，支架用于安装防眩板。插拔式活动护栏主要包括护栏片、反射体、预埋基础等。其中，护栏片由钢管和立柱等构件焊接形成。每段护栏长2 m左右，基础采用預埋套管或抽换式立柱基础。伸缩式活动护栏每个活动开口由两组组成，使用不锈钢或碳素钢加工成组件通过螺栓或销栓连接而成。充填式活动护栏主要由预制护栏块组成，预制护栏块采用塑料或玻璃钢制作，断面型式可采用F型或单坡型，预制块中空，内部填充细砂或水等，如水马。推拉式活动护栏不可伸缩，由小段无缝钢管、槽钢、钢板通过焊接和螺栓连接而成，开启和关闭较快。

1.2 常用活动护栏的不足

目前我国常用的中央分隔带开口处活动护栏主要存在以下几方面不足[8-9]。

①阻挡功能不足，即防撞能力不足。栏杆式活动护栏在车辆发生碰撞时接触面积小，应力集中，护栏容易被撞坏，车辆穿过中央分隔带活动护栏进入对向车道，引发事故。

②导向能力和缓冲能力不足。现行护栏刚度较大，发生车辆撞击护栏后，车辆容易出现回弹，引发二次碰撞。若护栏具有良好的导向能力和缓冲能力，就能有效吸收碰撞能量，引导车辆行驶轨迹，从而减少二次碰撞。

③灵活性不足，例如，充填式活动护栏造价低，有较好的防撞能力，但是在应急状况下不能快速开启中央分隔带护栏，灵活性和耐久性不足。

④护栏连接困难大。活动护栏与固定护栏形式不一致，二者端部难以形成平顺的、能有效进行碰撞力传递的结合体。

2 护栏设置原则与功能要求

2.1 中央分隔带开口护栏设置原则

现行规范中设置原则[10-11]：①高速公路的中央分隔带开口必须设置中央分隔带开口护栏;②一级公路在禁止车辆掉头的中央分隔带开口处宜设置中央分隔带开口护栏;③中央分隔带开口护栏宜设置在中央分隔带开口处的公路中心线位置，设置长度应能有效封闭中央分隔带开口;④中央分隔带开口护栏的高度应与中央分隔带护栏的高度协调一致;⑤中央分隔带开口护栏上部应设置轮廓标或反射体，颜色和设置高度宜与中央分隔带轮廓标保持一致;⑥位于有防眩要求路段的中央分隔带开口护栏上宜设置防眩设施。

《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81—2017）中除了有关于活动护栏的构造要求外，还对中央分隔带开口护栏的防撞能力做了进一步规定。规范中规定：“中央分隔带开口护栏防护等级宜与相邻路段保持一致。线形良好路段经论证可低于相邻路段1～2个等级，但高速公路中央分隔带开口护栏不得低于三（Am）級。”

2.2 中央分隔带开口护栏功能性要求

活动护栏应同时具备防撞等级和方便开启的要求，具体功能要求包括以下几方面。

①正常使用时，活动护栏隔离性能和防撞性能符合规范要求，满足阻挡功能、导向功能、缓冲功能、最大动态变形等，具体评价指标如表1所示。

②中央分隔带开口护栏应方便开启与关闭、具有可移动性，可在10 min内开启10 m及以上的长度。

③中央分隔带开口护栏的两端应牢固安装，连接部分具有防盗功能，且与相邻护栏平顺过渡。

④中央分隔带开口护栏结构要保持稳定，在发生碰撞时，结构组件不得对碰撞车辆、周围行人及车辆产生损坏或伤害。

3 一种新型中央分隔带开口护栏的设计开发

为了克服现有中央分隔带开口护栏的不足，结合护栏功能要求，本文设计开发了一种新型中央分隔带活动护栏。该活动护栏防撞能力达到SB级，由标准的护栏节段组成，可自由组合，适合不同开口长度的中央分隔带开口护栏安装，并且可以循环利用，方便开启与关闭，具有较高的可移动性。

3.1 护栏的构造设计

该SB级防撞能力的中央分隔带活动护栏结构由标准段和调节段组成，标准段长6 m，调节段长3 m，可满足不同开口长度的安装。护栏结构设计如图1所示。本护栏设计地面以上高度950 mm，利用三波板、BFI防阻块和标准立柱作为主要构件，通过上套筒连接成整体。上套筒由核心钢管、上支臂和下支臂组成。上支臂用于连接防阻块和波形梁，下支臂用于连接下横梁、安装固定支腿和活动支腿;护栏基础为混凝土基础，预埋钢套筒，基础深度为350 mm。为防止小型车辆穿越，设置一道下横梁，采用型钢制作;活动护栏单元中，两块三波钢板内有多个加劲板，通过横销连接，横销末端使用螺栓固定。该护栏装置可以有效解决目前高速公路活动护栏的低阻挡性、弱导向性等问题，并方便开启与关闭，具有较高的可移动性。

护栏主要结构为成品波形梁制品，在工厂制作，现场安装。护栏使用时的开启步骤为：①接触波形板纵向销子，打开连接接头;②拧开立柱柱帽，拔出立柱;③收起固定支腿，放下活动支腿，将护栏标准段推出。

3.2 护栏防护能力仿真分析

通过计算机仿真对该高速公路中央分隔带活动护栏的阻挡功能、导向功能、缓冲功能以及最大动态变形进行分析评估。本文采用小型客车进行仿真分析，该护栏的防护能力结果如下。

3.2.1 阻挡功能和导向功能。图2为小型客车撞击护栏运动轨迹图。由图可知，护栏具有良好的阻挡功能和导向能力，撞击过程中车辆并未发生阻绊、穿越现象，护栏及其附属构件未侵入驾驶限界。

3.2.2 缓冲功能。中分带开口活动护栏的缓冲功能主要靠部件在撞击过程中的变形吸能能力。图3为护栏各部件位移时程曲线。从图3可以看出，波形梁板在撞击过程中产生的位移最大，之后依次为纵梁、BFI型防阻块、上下支臂、上下套筒、立柱和支腿。可见，该护栏结构有较好的缓冲功能。

3.2.3 最大动态变形。车辆沿道路方向行驶，仿真分析过程中车辆与护栏初始夹角定义为20°，结果如图4所示。经过仿真分析，护栏的最大动态变形量为180 mm，满足规范要求。

通过计算机仿真对该高速公路中央分隔带活动护栏进行评估可知，该桥梁护栏的阻挡功能、导向功能、缓冲功能以及最大动态变形符合SB级护栏安全性能的要求。

4 结语

根据高速公路建设的要求，并结合新的《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81—2017）对护栏防撞能力的规定，设计开发了一种SB级防撞能力的中央分隔带活动护栏。该护栏不仅移动灵活、开启方便，而且适合不同开口长度的中央分隔带开口护栏安装，可以循环利用。同时，对新型护栏进行了车辆与护栏碰撞的仿真分析，结果表明，该护栏满足SB级防撞能力的要求。

参考文献：

[1]中华人民共和国交通运输部.公路路线设计规范：JTGD20—2017[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2017.

[2]2019年我国交通运输行业发展统计公报发布[J].隧道建设（中英文），2020（6）：820.

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[10]中华人民共和国交通运输部.公路交通安全设施设计规范：JTGD81-2017[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2017.

[11]中华人民共和国交通运输部.公路交通安全设施设计细则：JTG/TD81-2017[S].北京：人民交通出版社股份有限公司，2017.