喷塑高速路波形梁护栏板的三种结构形式

 喷塑高速路波形梁护栏板是防止车辆越出路外或进入对向车道发生安全事故的重要安全设施。目前使用的喷塑高速路波形梁护栏板有三种结构形式：波纹钢板结构的半刚性护栏、混凝土结构的刚性护栏及钢缆索结构的柔性护栏。其技术特点是：刚性护栏主要是依靠失控车辆碰撞后爬高、转向来吸收碰撞能量;半刚性护栏则是利用土基、立柱、波纹钢板的变形来吸收碰撞能量，并迫使失控车辆改变方向;波形护栏板http://www.cqyekang.com/依靠缆索的拉应力来抵抗车辆的碰撞，吸收碰撞能量。

交通运输事业与旅游事业的高速发展，带来客运、货运流量的急剧增长，18000kg、25000kg的大型、特大型车辆的拥有量与日俱增，由此车辆越出路面、侧翻等重大事故、恶性事故屡见不鲜。事实上，原有护栏产品的技术指标不符合对大型、特大型车辆防护等级的规定，2013年10月31日《公路护栏安全性能评价标准》(以下简称《标准》)实施，根据增强喷塑高速路波形梁护栏板性能的必要性，将公路护栏等级向上增加了两个级别，分别对18000kg大型客、货车六级SS)、25000kg特大型客、货车(七级HB)、25000kg特大型客与55000kg特大型货车(八级HA)的防护等级作出了规定。《标准》实施后，达到了规定的防护等级，但是大型、特大型车辆防护护栏产品目前在市场上还是空白，公路实际运营时还是存在很大安全隐患。

传统喷塑高速路波形梁护栏板产品存在两大经济技术弊端：

其一，传统喷塑高速路波形梁护栏板的技术开发是在系统结构中都没有特定的消能结构部件及其动能转换数学模型的情况下进行的，这种仅仅依靠护栏材料变形范围长度的技术理念没有直接针对车辆撞击护栏时动能转换的本质问题，过于理想、简单，且对护栏结构“力-功-能”变化转换的能力“心中无底”。总之，并不尽人意。

其二，由于技术方案结构原理的因素，目前公路护栏产品的经济性与安全性的价值取向相悖。若提高护栏防护性能，其造价也随着急剧增长颇，如SBM半刚型护栏造价为680元/m，而SBM刚型护栏造价则高达1050元/m，因此考虑到工程造价的因素，护栏设计往往不得不降低防护等级，使用SB级(四级)护栏;而对于非理性的车辆事故，发生SB级以上的撞击是完全可能的，所以对于这种受造价制约而降低产品性能的方式存在很大安全隐患。

作为上述问题的应对措施，重庆林鼎交通设施有限公司生产了一种防护性能等级高，消能效果好，造价及维护费用低的动能衰减装置及应用该装置的通用等级喷塑高速路波形梁护栏板。

动能衰减装置，包括两端封闭的中空壳体，壳体两侧端盖上分别设有供栏索穿过的通孔，且两通孔与壳体中心轴线同轴;所述壳体内设有能够产生伸缩形变将压力转换成机械能或热能，从而消能的形变体，形变体两端分别连接有破损装置，破损装置两侧分别固定设有承受压力F后失效，从而消能的至少一个破损体;常态下，形变体两端的破损装置分别与栏索连接且被限制在破损装置两侧的破损体之间。

为使得事故发生后进行喷塑高速路波形梁护栏板维护时，能方便的恢复到原状，护栏壳体两侧端盖可拆卸，用于更换破损体。破损体更换完成然后安装壳体两侧端盖即可将喷塑高速路波形梁护栏板恢复到常用状态，维修简单迅速。

相应的，动能衰减装置的通用等级内江喷塑高速路波形梁护栏板，包括间隔设置固定于路基的立柱，在立柱上至上而下间隔固定有栏索，并且所有栏索在同一平面上，每两立柱之间的栏索上均设有上述动能衰减装置，所述栏索分别与动能衰减装置内的两个破损装置固定连接，动能衰减装置依次串联在每根栏索上。整个护栏系统的栏索设置方式为平行间隔布置，上下栏索之间两两平行。甚至，所述每两根立柱之间设置的动能衰减装置上还可以并联有至少一个动能衰减装置。使得碰撞过程中护栏的轴向变形量与只有一个动能衰减装置的轴向变形量相同，但是能够吸收的碰撞能量却增大。这样更加能够避免护栏轴向变形量大了之后车辆会冲出路基。

为使得栏索固定于立柱上之后能够张紧，并且能够更多的吸收碰撞能量，所述立柱与地面接触的根部为用弹性材料制成的柔性柱。这样，在事故发生时，柔性立柱首先会起到一定的缓冲作用。

喷塑高速路波形梁护栏板立柱中下部设有用于缓冲的柔性垫环，以主要针对重心低的车辆起缓冲作用;整个护栏系统包括5根栏索，位于立柱中下部的柔性垫环上固定有2根栏索，立柱中上部固定有3根栏索，中上部的3根栏索通过垫板与立柱固定，垫板与柔性垫环具有相同的厚度，以确保中上部的3根栏索与中下部的2根栏索在同一平面。

栏索拉伸强度大于破损体与形变体强度之和。此外，立柱还可以做成中空的，可在立柱空腔中灌入砂子，亦可在一定程度上起到缓冲消能作用。

工作原理：车辆撞击时对栏索进行拉伸，栏索将拉伸力传递到动能衰减装置，变为对其中破损体和形变体的作用力，破损体和形变体突发机械变形，将车辆撞击动能转换为机械能和热能，由此实现衰减车辆撞击动能的技术目标。其能量转换平衡公式为：

Ed=∑Ez(1)其中，Ed为车辆动能，Ez为动能衰减装置吸收的能量;

公式(1)中，车辆撞击护栏动能Ed由《标准》规定的防护等级确定;∑Ez为动能衰减装置吸收的能量之和，动能转换的能力由动能衰减装置使用的形变体、破损体使用的材料、结构及数量确定;

喷塑高速路波形梁护栏板轴向变量(栏索长度变量)等于串联在护栏系统中动能衰减装置的轴向变量之和。并联的动能衰减装置增强系统动能转换能力，不增加护栏轴向变形量。

破损体与形变体消耗的能量之和确定护栏的转换能量;破损装置在环形凹槽中的行程之和确定栏索护栏长度的变形量;该种技术方案的特点是：当车辆撞击护栏时，系统中总会有一批动能衰减装置会突发机械变形，其消耗的能量会与车辆撞击相当，由此吸收可能酿成事故的撞击动能。

各部分工作过程为：拉索被拉伸，将拉力传递给动能衰减装置中的破损装置，破损装置在环形凹槽中平移并作用在破损体上，当破损体所承受的压力超过其极限值之后，破损体被破坏，此过程中，破损体对破损装置的阻碍作用吸收了部分撞击能量;之后，破损装置继续被栏索拉伸，与破损装置连接的形变体逐渐在拉伸力的作用下产生弹性形变，通过将撞击动能转化为弹性势能从而起到消能作用，破损装置到达限位台阶面后停止，至此，一个动能衰减装置的能量转换完成。

对于整个喷塑高速路波形梁护栏板系统，在一个动能衰竭装置受力的同时，可将其余的撞击力迅速地传递到其它动能衰减装置，消除更多的车辆撞击能量。

其主要技术特征的作用如下：

破损体：一般由刚性材料制成，通过自身破坏从而进行缓冲消能。可承受的压力F由其结构、材料性能、数量等确定，其抗剪力T为：

T=tA(2)

其中t为抗剪强度，A为受剪面积。

形变体：通过产生弹性变形从而吸收撞击能量。

破损装置：主要作用就是使破损体破损。

内套管：主要起限位作用，防止形变体的变形量过大而使得破损装置与两端端盖接触，从在端盖与破损装置之间预留了足够的空间，给后续维修中破损体的更换提供了方便。

动能衰减装置：这是一个将车辆撞击动能转换为机械能的部件，也是一个力学变向的结构部件。当车辆撞击护栏时栏索被拉伸，动能衰减装置将这种拉伸力转变为对该部件中两个方向的力,这个力将设置在其中的破损体剪截或压缩，将形变体拉伸，使之突发机械变形，消耗一定能量，由此衰减车辆撞击护栏的动能。

显著效果：通过在护栏系统中增加特别适用于低频率动态消能的动能衰减装置，使得护栏消能效果好，在造价与维护费用低的同时，力学技术指标可通过数学模型及动能衰减装置中结构件的工艺参数精确的计算得出，从而使得技术指标可控。

同时，喷塑高速路波形梁护栏板系统中的各部件成本低，产品的造价不因防护等级提升而增长，维修时只需简单的更换破损体即可，其适应性更加广泛、更加安全可靠，将公路护栏关键技术从本质上进行了大幅提升，实现了公路护栏关键技术的重大创新与技术进步。