高速公路紧急停车带护栏优化研究.pdf

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1、道路与交通工程葛Road&TrafficEngineering高速公路紧急停车带护栏优化研究陈锡逵1，董月振2，张卓1，高伟·(1．重庆交通大学土木工程学院，重庆400074；2．北京城建道桥建设集团有限公司．北京100124)摘要：通过研究分析发现，现有高速公路紧急停车带处护栏有1段与行车方向成一定角度，使车辆碰撞护栏时角度加大，导致车辆碰撞能量变大，而现有规范并未对该段护栏有所要求，一般采用与普通段护栏相同的防护等级．这样会出现由于护栏防护能力不足而使车辆冲到路外的危险。因此笔者对该段护栏进行研究分析，并提出几种优化建议。关键词：高速公路；紧急停车带；护栏；碰撞中图分类号：U4

2、17．12文献标志码：B文章编号：1009—7767(2016)03—0071-03OnGuardrailOptimizationofFreewayEmergencyParkingStripsChenXikui，DongYuezhen，ZhangZhuo，GaoWei高速公路紧急停车带系高速公路上供车辆临时发生故障或其他原因紧急停车时使用的临时停车地带。根据设计规范【11，高速公路、一级公路的右侧硬路肩宽度小于2．5m时，应设紧急停车带：高速公路、一级公路的特长桥梁、隧道，根据需要可设置紧急停车带，其设置间距不宜大于750m。由此可见，高速公路上的紧急停车带相当常见，而紧急停车带护

3、栏是沿着紧急停车带边界布设的一种防护设施，其最主要的功能就是防止车辆冲出到路外。目前高速公路紧急停车带护栏结构分为3段。其中2段与行车方向成一定角度，l段平行于行车方向。由于在车辆行驶方向始终有l段护栏斜对向车辆，在车辆碰撞该段护栏时的角度为原始碰撞角度+护栏倾斜角，从而急剧加大了碰撞能量。而现有规范中并未对该段护栏有所要求，一般按普通段护栏进行施工，这样便会出现因防护能力不足而导致的安全隐患，需对其进行优化和改进。1紧急停车带护栏分段及碰撞角度确定我国高速公路紧急停车带尺寸较单一，由2个过渡段和1个边路线段组成，停车带的宽度为3．5m(包括硬路肩，宽度为0．5m)，有效长度不小于

4、30m；过渡段长度一般为20m，工程特别艰巨时，最小为5m。按车辆行驶方向将紧急停车带护栏分成3段并进行编号，分别为1号段、2号段和3号段，见图1。———●．．———◆———●-2L!!!!!竺．L!!竺J．竺!!!竺．1由图l可知，车辆与3号段护栏发生撞击时会增加碰撞角度，／3=arctan(3／20)一8．5。(此处护栏带宽为3m，过渡段长度为20m)。对于特殊路段，这个角度还将变大。当过渡段长度取最小值5m时，／3=31OO所以口的取值范围为8．5。～31。，这里只考虑一般路段。根据以往高速公路汽车碰撞护栏事故的碰撞角度调查结果可知，其中85％的碰撞角度小于20．2。。而《高

5、速公路交通安全设施设计及施工技术规范》中碰撞角度统一采用了20。，所以车辆碰撞3号段护栏时的角度为cE=20。+／3=28．5O。2016553御(5一)第34巷专荭技木71譬道路与交通工程Road&TrafficEngineering2碰撞护栏分析车辆与护栏的碰撞是一个十分复杂的过程，其主要分析方法有理论分析、仿真模拟以及实车碰撞试验3种。其中：实车碰撞试验得出的结论可信度最高，但其试验条件苛刻，且实施成本很高；仿真模拟可进行重复试验，且修改试验参数十分方便，得到的数据相对可靠，但需要专业技术人员运用LS—DYNA等软件对护栏、车辆进行建模；理论分析是利用已有的碰撞模型公式，运用

6、理论计算得到结论的方法，结果具有一定的可靠性。笔者采用理论分析的方法对碰撞护栏进行分析。2．1碰撞能量汽车的碰撞能量由车辆碰撞护栏时垂直于护栏的横向速度以及车身质量所决定【2l，其公式为：1E=_1m(vsin0c)2。(1)Z式中：m为汽车质量；秽为碰撞速度；a为车辆与护栏夹角。表1为车辆碰撞条件。表1车辆碰撞条件将表l中数据带人式(1)，可得碰撞能量计算结果，见表2。表2碰撞能量kJ由表2数据可知，小轿车碰撞2号段护栏时．B等级护栏便可防护，而碰撞3号段护栏时则需要A等级护栏防护，即160kJ的防护能力：大客车碰撞2号段护栏时，A等级护栏便可防护，而碰撞3号段护栏时则需要SB以

7、上等级护栏防护，即280kJ的防护能力。而根据规范，我国高速公路必须采用A级以上护栏，所以下文只考虑大客车碰撞的情况。2．2碰撞力分析将车辆与护栏各自简化为一个整体．并忽略塑性变形和碰撞过程中的阻尼作用，建立图2所示的双自由度模型f31。其中护栏的有效质量为m，，弹性模量为72啼荭敏_畚2016No．3(May)V01．34

8、

9、}．；车辆质量为稆，弹性模量为k：。根据国内外资料利用Matlab语言编制的多项式回归程序，得到后：的计算公式：k2=0．0003xmx0+0