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高速公路波形梁护栏再利用技术
中国护栏网    2016-12-26 10:30:04    文字:【】【】【
摘要: 该项目的研究目标为,提出的护栏再利用方案防护能力达到《高速公路交通安全设施设计及施工技术规范(JTJ074-94)》规范中护栏Am级防护要求,碰撞实验 条件为10吨大客车,速度为60公里/小时,碰撞角度为15度,碰撞能量为93kJ,护栏的评价结果满足《高速公路护栏安全性能评价标准》(JTG/T  F83-01_2004)中相关要求,车辆不得穿越、翻越、骑跨、下穿护栏;车辆不得在试验区发生侧翻

1.任务来源  

           自选 

2.应用领域和技术原理       

       用于公路、城市道路等的路面改扩建工程中安全设施的改造   技术原理:

   1)计算机仿真分析方法分析,

   2)现场调查和国内外资料调查,施工可行性和经济效益分析提出波形梁护栏再利用方案

  3)实车碰撞试验方法  

 3.性能指标        

      该项目的研究目标为,提出的护栏再利用方案防护能力达到《高速公路交通安全设施设计及施工技术规范(JTJ074-94)》规范中护栏Am级防护要求,碰撞实验 条件为10吨大客车,速度为60公里/小时,碰撞角度为15度,碰撞能量为93kJ,护栏的评价结果满足《高速公路护栏安全性能评价标准》(JTG/T  F83-01_2004)中相关要求,车辆不得穿越、翻越、骑跨、下穿护栏;车辆不得在试验区发生侧翻;车辆的驶出角度应小于碰撞角度的60%;碰撞后车辆应保持正常行驶姿态,不发生横转、掉头等;护栏最大变形量小于或等于1000mm;车体最大加速度小于或等于20g;脱离部件等不能侵入驾驶室及阻挡驾驶员的视线。

   4.成果关键技术介绍   

        1)对原设计护栏接高方案进行了安全防护性能评价,研究结果表明波形梁强度不足,原设计护栏接高方案护栏防护能力不能满足JTJ074-94标准中A级防护要 求,车辆碰撞护栏时波形梁断裂,有可能冲过护栏与对向车辆相撞,造成群死群伤事故。

   2)在一期护栏实车碰撞试验中,发现了护栏立柱与车辆接触位置设置螺栓或者出现立柱接缝错台,都可能使车辆与护栏接触侧的前后轮胎暴胎,车辆打横掉头。说明如果不合理的设计立柱螺栓或立柱接缝错台位置,有可能对碰撞护栏车辆里的乘员造成致命的伤害。

   3)对立柱加外套管结构进行了深入分析。采用计算机仿真、单元构件试验和实车碰撞试验方法,对立柱加套管的各种形式、防撞能力和施工工艺等方面进行了全面分析研究。

   4)开发了“8”字形波形梁护栏结构。根据护栏防护能力和再利用目标要求,分析了各种波形梁组合形式,因地制宜的开发了达到JTJ074-94标准中A级防护能力的“8”字形波形梁护栏结构。

   5)为特殊路段波形梁护栏解决防护能力和施工问题。通过实车碰撞试验和计算机仿真分析比对方法,评价了特殊路段波形梁护栏防护能力,并提出了施工方便的护栏再利用方案。

   6)提高了计算机仿真技术精度,通过实车碰撞试验不断修正计算机仿真模型,减少仿真误差。

   5.与国内外同类技术比较 

             国外护栏强制性要求必须进行碰撞试验检测护栏的防护能力,美国在1962年首先采用了实车碰撞试验的方法对护栏的防撞性能进行评价,目前使用的是1993 年颁布的“公路安全设施安全性能评价推荐程序(NCHRP  Report  350)”,简称美国350报告。欧洲是从上世纪七十年代开始,根据本地区情况对实车碰撞试验检验护栏安全性的方法进行研究,目前采用的是EN1317标准。日本的建设省道路局在1965年发布了防护栏的设置标准,并在1972年、1998年和2004年对防护栏的设置标准进行了修订,并发布了相应的防护栏设计标准的解释文件。1999年澳大利亚和新西兰参考美国的350报告颁布了道路安全护栏系统标准。我国的《高速公路交通安全设施设计及施工技术规范》JTJ074-94(简称JTJ074-94)规范中第一次涉及到护栏性能的评价内容。2004年交通部颁布的《高速公路护栏安全性能评价标准》JTG/TF83-01-2004(简称F83标准)标准在国内第一次专门规定了护栏的安全性能评价具体办法和指标,规范了护栏的安全性能标准。

   由于我国高速公路建设起步较晚,已有高速公路的扩建中,现有波形梁再利用研究基本为空白。美国作为高速公路最发达的国家之一,在二十世纪九十年代开始进行公路护栏再利用的研究,已经在某些方面取得了一些进展,如安全护栏木制立柱再利用问题等。但我国高速公路护栏的材料、使用情况与美国的护栏相差甚远,很难借鉴。   欧洲的波形梁护栏结构形式也比较多,防护等级与中国也不相同,一般遵循“弱柱强板”或者“强柱弱板”的原则。欧洲一些国家如意大利、西班牙等采用了强度较大的H型立柱或者∑型立柱,立柱间距布设为2m,波形梁板厚为3mm,护栏的防护能量为130kJ。

  日本的路侧护栏普遍采用2米间距Ф140立柱加π型托架,护栏板厚为4mm,防护能量为130kJ。  国外标准中没有防撞能力93kJ的级别,也没有相对应的波形梁护栏结构。

   6.成果的创造性、先进性   

            1)开发了立柱通过外套管加高,并且外套管深入路面以下的波形梁护栏结构。本项目采用单元构件试验方法,分析了加外套管立柱的力学性能,施工可行性, 并通过实车碰撞试验验证了外套管立柱加高的防护能力。

   2)采用原波形梁板对拼方法,开发了“8”字形护栏横梁,并对“8”字形护栏力学性能进行了理论分析、计算机仿真分析和实车碰撞试验检验,并通过施工试验方法,验证了“8”字形护栏横梁安装的可行性。

   7.作用意义

经济意义:   “8”字形中央波形梁护栏,提高了防护能力。与拆掉旧护栏,新建波形梁护栏的方案相比,每公里节约16.92万元,节约78%的造价,防护能力提高32%,达到防护等级A级93kJ。

   广韶高速公路实际应用了本项目研究成果76km,直接节约材料费用254万元,节约21%的材料费。具有较好的经济性。减少了拆卸旧护栏、安装运输新护栏的施工成本和燃油消耗。并减少了施工对通行速度和交通量的影响。

  社会效益:   本项目充分利用了原有护栏材料,并且使改造后的护栏防护能力达到了规范规定的93kJ  防护能力。据调查分析,车祸死亡已成为中国男性和城市居民意外伤害死亡的第一位原因。根据公安部通报我国道路交通事故统计分析,科学合理的交通安全防护设施,能够有效的降低17%左右交通事故死亡人数,以2006年我国因交通事故造成8.94万人死亡计,能够减少1.5万人死亡。截至2007年底我国高速公路总里程为6万公里,其中2004年前建成进入路面整修、改扩建阶段的高速公路约有3万公里,占高速公路总里程的50%,2007年我国高速公路交通事故共造成6642人死亡。而其中又约有一半采用的是波形梁护栏,以本项目开发的波形梁护栏防护能力为其它护栏(如混凝土护栏)的30%计,则:  6642人×50%×50%×30%=499人   每伤亡一人造成社会财富损失按20万元计,则本项目护栏每年带来的社会效益为9980万元人民币。

   8.推广应用前景与措施   

           我国高速公路建设发展迅速,目前在2004年前通车的3万公里高速公路,基本已进入路面整修、改扩建阶段,假设有一半的高速公路采用波形梁护栏,若采用 本项目的8字型护栏改造再利用方法,则节省费用约为15000公里×2方向×16.92万元=50.8亿元,而且提高了护栏的防护能力。   本项目自主开发了8字型波形梁护栏,提高了护栏的防护能力,充分利用了旧的波形梁护栏,节约了高速公路建设费用,减少了浪费。符合了国家十一五规划中要求的提高自主创新能力,建设集约型社会的要求。

   随着我国高速公路事业的不断发展,将有大量的高速公路波形梁护栏需要进行改造处理,所以本项目研究的推荐方案具有良好的推广应用前景。  本项目为今后我国公路护栏改造工程,提供了技术支持,并为相关的技术规范制(修)订积累了基础数据。

 


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