新型城市道路护栏探究

2021-12-11佀冬梅

黑龙江科学 2021年22期

关键词：栏板转轴气瓶

张晶，佀冬梅

(齐齐哈尔工程学院，黑龙江齐齐哈尔 161000)

很多城市都发生过行人卡入护栏致死事件，这警示人们进行新型城市道路安全护栏设计时应兼顾功能性及安全性。一些设计者对于公路护栏设置规范缺乏重视，没有充分考量护栏的安全系数和人本因素。

城市道路安全护栏具有减轻事故车辆和人员损伤程度及诱导视线的作用，研究护栏性能、特点，结合当前材料和技术发展，利用新材料新技术，可提升新型城市道路安全护栏的安全性，为公共安全构建一道坚固的防线。

以城市道路安全护栏的安全性为主线，结合功能性及美观性，分析了国内外护栏防护中的先进技术。针对护栏结构设计和造型设计，分析防撞性能和材料的影响，系统研究道路护栏的改善和应用，以进一步做好安全护栏项目，将其推广应用于城市道路防护中。

1 道路护栏的基本形式

道路护栏主要由护栏板和路桩构成。目前，道路护栏主要有三种类型，即：柔性系统：具有缓冲性能的护栏结构，兼具美观性，如缆索安全护栏，由四根缆索设置在固定立柱上，汽车失控撞到护栏时，柔性系统能够吸收汽车的碰撞能量，随着立柱依次倒下，四根钢索能够依靠自身的拉应力抵抗车辆碰撞力，使汽车在这个过程中缓慢回到车道，减少伤害，使原本可能形成致命车祸的严重状况有了缓冲，转换为小伤害或无伤害事故，缺点是没有良好的视线诱导效果；半刚性护栏：具有视线诱导功能，较为美观，常见的有波形梁护栏、管梁护栏、箱梁护栏等梁柱式护栏结构。其可依靠护栏自身具有的自由变形度及拉力来对抗汽车碰撞：我国道路常用的为双波形梁护栏；刚性护栏：主要形式为水泥砼墙式，通过汽车轮胎转向或爬高来吸收碰撞力，护栏在这个过程中一般不会发生变形。

2 不同车辆对护栏设计的要求

总结交通事故发现，重型客货车及小客车容易发生交通事故，事故造成的后果比较严重，且发生事故的概率呈上升趋势，其主要原因在于道路护栏的结构。波形梁护栏的设计对于中型客车具有良好的安全防护作用，但对小客车防护能力不够。

小客车的特点是车身较小，整个车重心偏低，车辆撞击时容易从波形梁护栏下方卡住或穿过，造成二次事故发生的可能性，致事故更加严重，因此应加强以小客车为主体的道路防护栏结构的研究。大重型客车及货车重心高，应侧重车辆构成及护栏撞击点位置、高度等研究，寻求合理的护栏高度与车辆高度差及安全的防护范围，避免发生撞击护栏事故时出现车辆侧翻引发重大交通事故。应提升防护栏的防撞性能，发挥其对车辆的保护作用。

3 新型城市道路防护栏的特点

新型材料的应用。随着新材料、新工艺的应用，可通过材料来提升护栏的安全性。目前开发出的玻璃钢材质护栏、塑钢护栏、PP护栏及PE材质护栏，其材质具有耐久性、经济性，在吸能方面具有优良的使用效果，得到了广泛应用。

护栏的美观性。道路护栏在满足安全防护的条件下结合美学观念，提升护栏的美观性。护栏具有特殊构造，是一种带状连续的构筑物，随着道路的不断延伸，形式单一的护栏容易使人视觉疲劳。应在长距离的交通中增加护栏的变化，通过不同比例、形状组合、材质颜色等关联周围环境，使风格相互呼应。

4 护栏设计

结合国内外技术优势，对项目调研中某一护栏的特点进行详细分析。

发挥护栏作用的最小结构长度如表1所示，该设计在路肩护栏安全性上做了很大提升，在易发生危险的路段设置减缓带，警示车辆和缓冲车辆的冲击力，在其整体设计上有旋转立柱，紧挨着旋转轴上面的是一个信号装置，转弯时或车辆撞上时会显示红灯，并持续亮着，来提示后边的车，避免后车不注意又发生事故。

表1 护栏最小结构长度Tab.1 Least structure length of guardrails

4.1 钢板橡胶合成圆筒

圆筒是利用钢板与多层天然橡胶与至少两层以上相同厚度的薄钢板镶嵌、黏合、硫化而成，有足够的刚度以承受水平荷载，有良好的弹性，又有较大的剪切变形。路路肩防护装置包括多个护栏单元，多个护栏单元依次连接。护栏单元包括轴承、转轴、护栏板和两端封闭的放置筒。轴承固定于地面，转轴与轴承内圆周壁连接且转轴竖直设置。放置筒固定于地面，在放置筒侧壁开有竖直设置的条形孔。

4.2 气囊

汽车通过公路转弯处时，如果驾驶速度过快就会撞向护栏板，容易冲断护栏板。在护栏板上加设气囊，放置筒内设有高压气瓶，同时设置活塞缸及与之匹配的活塞，将高压气瓶的出口置于活塞内且高压气瓶和活塞缸密封，在活塞与活塞缸封闭端添加弹簧，在活塞与高压气瓶出口之间的活塞缸侧壁上设有出气口，出气口与气囊入气口连通，在活塞缸侧壁设有限位孔，活塞侧壁设有第一限位孔，限位孔和第一限位孔连通，限位球嵌入限位孔和第一限位孔内进行限位。在活塞缸侧壁连接有阻挡壳，阻挡壳将限位球固定，拉绳两端分别与护栏板和限位球连接。初始状态时，拉绳两端固定于护栏板和限位球，且处于拉紧状态，限位球嵌入限位孔和第一限位孔，弹簧处于压缩状态。汽车冲撞到护栏板上时，护栏板变形，拉绳拉动限位球冲破阻挡壳，弹簧舒展，带动活塞和顶针运动，顶针冲破高压气瓶的封口，高压气瓶内的气体通过出气口进入气囊内，高压气瓶为气囊充气，充满气体的气囊对汽车的冲撞形成缓冲，降低汽车的冲撞力。气囊能够将护栏板靠近公路内侧的侧壁覆盖，气囊的范围越大，对冲撞于护栏板的汽车缓冲范围就越广，可提升道路护栏的安全性能。

4.3 转轴设计

以转轴和放置筒取代之间固定型的路桩，当车辆撞向转轴时，转轴旋转，提供一个与转轴转动方向相反的旋转力作用于汽车上，使汽车转向远离悬崖的一边移动，防止车辆掉落悬崖，提升公路道路护栏的安全性能。转轴嵌入条形孔部分的横截面为劣弧，突出于条形孔部分的横截面为优弧，当汽车撞向转轴时，与转轴的接触面积更大，转轴提供给汽车的反向旋转力更强，使汽车转向的作用力更大，以进一步提升公路道路护栏的安全性能。

4.4 其余部分

护栏单元还包括气囊、高压气瓶、弹簧、活塞缸、限位球、报警装置。钢板橡胶圆筒受到破坏变形时，该装置会有感应并工作，自动拨打救援电话，让救援人员迅速到达现场解救。顶盖可以防盗，同时可以及时更换损坏或失灵的报警装置。

4.5 优点分析

提示灯、减速带在转弯处或即将发生事故时提前给车辆警示或减缓震荡。

钢板橡胶合成圆筒有足够的刚度，以承受水平荷载，当车辆撞上时具有良好的弹性，有较大的剪切变形，保护车辆和人员的安全。报警装置在钢板橡胶圆筒受到破坏变形时触发该装置，可自动拨打救援电话，使救援人员及时到达现场解救。

新护栏产品适应环境能力强，能够更好地应对环境问题，在酸和其他化学物质腐蚀的情况下不改变其性能和保护作用。能够保持外观，美化城市形象。道路护栏要面对无遮挡的阳光和雨水，这就要求材料能够抗腐蚀。车辆与护栏的位置关系如图1所示。

图1 车辆与护栏的位置关系图Fig.1 Position relationship of vehicle and guardrails

5 护栏施工管理

护栏建设工作较为复杂，且安装后的耐用性是关键。护栏施工的注意事项主要有以下几方面：

5.1 施工前准备

材料检验。检查质量及安装性能是否符合标准，仔细核对图纸，确保到货产品满足设计要求。材料到场后要做好现场防护，装卸期间精心护理，防止出现人为损坏。材料表面如果是镀锌材质，检验中发现问题可进行补锌处理。

5.2 安装桥梁护栏

波形桥梁护栏需要在路面施工结束后开始安装。波形梁和防阻块在车辆方向上连接，当连接长度达到自然长度时，安装螺栓。螺栓不能提前紧固，应根据工艺要求，在纵向整体交接平衡后按照要求达到相对平滑的线型再紧固各个螺栓，根据各个施工段逐步修复局部线型，使整条线与局部相匹配，完成护栏安装，检查螺栓的紧固程度。

5.3 控制立柱深度

根据要求及设计重量选择不同的打桩机。打桩锤的重量应与路基的密实度成正比。在波形梁护栏立柱打入地面过程中，要保持立柱的垂直度，施工人员必须使用经纬仪等相关设备连续测量，与操作人员进行很好的配合，控制打桩机向4个方向调节。带有重型打桩锤的打桩机在施工过中，打桩锤的爆炸性冲击很大，立柱中的驱动速度会非常快，施工效率会明显增加。

6 施工质量控制要点

6.1 立柱放样和安装

采用科学有效的方法，保证防撞波形梁护栏的施工质量。施工人员要提前研究路缘石，以观察安装路缘石是否存在垂直和横向位移问题，确保空间量，从而保障放样的准确性。如果水平坡度的高度和宽度之间存在构造差异，将无法保证立柱构造的垂直平直度，且整个立柱会呈现波动导致构造变化。涵洞道路和桥梁安装立柱时，须查看两根立柱之间的间距，根据避免碰撞的程度确定平均间距，如果距离不满足整数，则会产生异性板，增加隐藏的风险和建造成本。施工过程中如果无法避免异形板施工，则需要准确尺寸数据，设计校核，加工之前进行安装模拟，如果间距参数不匹配，需要调整其他立柱的隔开间距，以平衡所有立柱的位置。立柱施工中，要提前进行各种管线的检查，防止施工中互相影响。