高速公路舊路交通設(shè)施再利用技術(shù)研究-碩士論文

摘要隨著我國高速公路改擴建工程進行的如火如荼，高速公路舊路交通設(shè)施再利用成為了改擴建工程中重要的研究課題。但由于缺乏相關(guān)技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、施工指南，導(dǎo)致目前舊路交通設(shè)施再利用盲目地進行，因此在道路改擴建中如何合理的利用好舊路設(shè)施，對于降低改擴建成本、維持高速公路安全運營具有重要意義。護欄作為高速公路改擴建中重要項目之一，護欄的充分利用將為工程節(jié)約大量成本，本文以波形梁護欄再利用為例，詳細(xì)闡述設(shè)施性能評估和再利用技術(shù)應(yīng)用。依據(jù)實際工程易操作性和經(jīng)濟性，本文對護欄設(shè)施提出兩級評估標(biāo)準(zhǔn)，初級評估主要是對護欄使用性能、護欄事故及養(yǎng)護情況和護欄現(xiàn)場檢測進行評估；護欄二級性能評估主要是對護欄材料性能指標(biāo)和力學(xué)性能進行評估，初級評估是為力學(xué)性能評估基礎(chǔ)，兩次評估結(jié)果決定護欄能否再次利用。本文結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有護欄改造技術(shù)，提出高度可調(diào)節(jié)護欄結(jié)構(gòu)和V型內(nèi)襯護欄補強結(jié)構(gòu)，并利用LS-DYNA顯式動力分析程序，建立車輛-護欄碰撞仿真實驗?zāi)Ｐ?，進行仿真模擬，證明兩種結(jié)構(gòu)護欄滿足《高速公路護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/TF83-01–2004）中A級碰撞等級要求。最后介紹了其他交通設(shè)施的組成和相應(yīng)規(guī)范，并結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有研究，提出其他設(shè)施再利用原則和技術(shù)，為其它設(shè)施再利用提供指南。關(guān)鍵詞：交通設(shè)施；改擴建；護欄；評估標(biāo)準(zhǔn)；安全性能。

緒論研究背景及意義近年來我國經(jīng)濟一直處于高速增長態(tài)勢，GDP增長率均在10%左右，這極大地刺激了公路交通需求的快速增長，截至到2011年底，我們國家高速公路總通車?yán)锍碳簩⒔?.5萬公里，僅次于美國8.87但早期建成高速公路大部分按照雙向四車道的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的，現(xiàn)階段已經(jīng)不能滿足日益增長的交通需求，而且一些高速公路服務(wù)水平己處于三級或三級以下，使高速公路速度快、運量大的優(yōu)勢無法得到發(fā)揮。如：京津塘高速公路交通量年平均增長率達(dá)25.6%，沈大高速公路交通量年平均增長率達(dá)33.0%。而且作為國家公路主干線的高速公路，其中10.3%高速公路通車?yán)锍痰氖褂媚晗藜航?jīng)在15年以上，48.2%高速公路通車?yán)锍痰氖褂媚晗蕹^8年以上，因此隨著交通需求的激增和高速公路役齡的增加，越來越多的地區(qū)都面臨改擴建工程建設(shè)的強烈需求，因此十五、十一五期間，我國部分省、市、區(qū)已陸續(xù)開展了一些對高速公路的擴容改造建設(shè)工程，各地區(qū)嘗試了多種模式擴展高速公路的交通容量和通行能力，如：對原高速公路局部線形指標(biāo)和交通工程措施進行改善以提升運行速度；在不改變原路基基本寬度的基礎(chǔ)上嘗試4車道改6車道、或6車道改8車道；對原路基進行加寬擴建以增加行車道；在原高速公路運輸通道范圍內(nèi)新建平行高速公路復(fù)線道等?？梢灶A(yù)見，隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，高速公路改擴建工程建設(shè)將在我國今后交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域持續(xù)相當(dāng)長的高潮期。然而，高速公路擴建不同于新建，充分利用好舊路資源對于節(jié)約資源和成本作用重大，目前關(guān)于舊路路面的再利用問題的研究進行得如火如荼，并取得了豐碩成果和可觀的經(jīng)濟效益；而關(guān)于舊路交通設(shè)施再利用問題的研究卻很少。交通設(shè)施作為高速公路的重要組成部分，并占有很大比重，也應(yīng)該進行系統(tǒng)研究。高速公路交通設(shè)施再利用可以減少舊設(shè)施拆卸、運輸、處理等過程產(chǎn)生費用，同時節(jié)約了新設(shè)施購買、運輸、安裝產(chǎn)生的費用，具有較好的經(jīng)濟效益。如從南京市城市道路改造中交通設(shè)施再利用的效益來看，僅幾公里的道路改造中通過交通設(shè)施再利用就節(jié)約了500多萬元建設(shè)成本。而高速公路交通設(shè)施完善，投資巨大，如果這些設(shè)施在改擴建中的到合理再利用，必將節(jié)約大量投資成本。如廣韶高速公路K123+700~K150+998段對護欄設(shè)施進行再利用中，76km路段內(nèi)直接節(jié)約材料費用254萬元，節(jié)約21%的材料費。而目前高速公路舊路交通工程設(shè)施的再利用很盲目，一方面，許多舊路的設(shè)施（安全設(shè)施、服務(wù)設(shè)施、環(huán)保設(shè)施、機電設(shè)施等）在改擴建時并未達(dá)到使用壽命，甚至性能完好，仍有再利用價值，但由于沒有相關(guān)的技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、施工技術(shù)，并受政策約束，導(dǎo)致許多交通設(shè)施未能充分再利用，而做了拋棄處理，不僅造成巨大浪費，也對環(huán)境造成一定破壞。另一方面，也有部分交通設(shè)施在改擴建時雖滿足使用性能要求，但從全壽命周期角度考慮，可能會增加后期養(yǎng)護、管理成本，若擴建中再利用，將得不償失。因此在道路改擴建中如何合理的利用好舊路設(shè)施，對于降低高速公路改擴建成本、維持高速公路安全運營、促進交通事業(yè)的節(jié)能減排都具有重要意義。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀(寫再利用方面的情況)國外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢國外對于高速公路改擴建研究已經(jīng)成熟，但是關(guān)于舊路資源再利用技術(shù)同樣鮮有研究，然而國外有關(guān)高速公路交通設(shè)施的研究對于我國研究舊路資源再利用技術(shù)具有一定參考價值。（1）安全設(shè)施美國從1920年起就開始了對護欄的研究與使用，在理論分析和模擬實驗的基礎(chǔ)上，通過實車足尺寸碰撞實驗和公路上的應(yīng)用實踐，積累了豐富的經(jīng)驗，制定了有關(guān)護欄形式的選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計、實驗方法、手段以及護欄的生產(chǎn)制造、運輸安裝和維修等一系列標(biāo)準(zhǔn)。在歐洲，如法國、英國、德國等國家也在很早就開始了對護欄結(jié)構(gòu)的研究工作，建立了一整套健全的實驗設(shè)施和相應(yīng)的實驗規(guī)程，從理論上和實驗上研究了多種類型的護欄結(jié)構(gòu)。日本于50年代開始這方面的研究工作，于1965年制定了護欄設(shè)置綱要，對護欄的適用范圍、結(jié)構(gòu)設(shè)計、功能要求、施工安裝等做了明確的規(guī)定。高速公路交通標(biāo)志的歷史可謂源遠(yuǎn)流長，羅馬時期就有交通標(biāo)志的產(chǎn)生；1908年，歐洲各國嘗試交通標(biāo)志統(tǒng)一化；二次大戰(zhàn)以后交通標(biāo)志在歐洲各國越來越受到重視，各國紛紛加大對交通標(biāo)志的研究。從技術(shù)角度分析高速公路交通標(biāo)志的設(shè)置，不同的國家依據(jù)國情有不同的規(guī)定。1927年美國頒布了交通標(biāo)志標(biāo)準(zhǔn)，2003年完成最近的一次修訂，美國的交通標(biāo)志形象直觀、視認(rèn)性、易讀性以及醒目程度都較好，這些成果被世界各國廣泛借鑒參考。（2）機電設(shè)施發(fā)達(dá)國家對高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的研究起歩較早，發(fā)展到現(xiàn)在己經(jīng)比較完善。如在美國著名的汽車城——底特律，其交通管理系統(tǒng)充分顯示出先進的處理技術(shù)。該系統(tǒng)使用了148個攝像機、54幅可變情報板、2149個檢測線圈、2070個不同類型的信號控制機以及由9座通信塔和64英里的高速光纖組成的通信系統(tǒng)，（3）綠化植被德國最早開始修建高速公路，也較早開始高速公路景觀的設(shè)計研究。1938年，德國的弗瑞茲.海勒（FritzHeller）提出了高速公路的外部和諧（ExternalHarmony）與內(nèi)部和諧（InternalHarmony）理論，并進行了兩方面的研究：一是如何解決高速公路與周邊景觀環(huán)境關(guān)系；二是在不考慮選址和基地的情況下如何提高高速公路線型景觀的視覺質(zhì)量。德國著名學(xué)者W.杜爾博士提出景觀設(shè)計應(yīng)與高速公路總體設(shè)計有機協(xié)調(diào)，使周圍環(huán)境破壞程度降低到最小程度。隨后，漢斯.洛倫茨在其出版的《公路線形與環(huán)境設(shè)計》中對高速公路線性與環(huán)境的協(xié)調(diào)設(shè)計進行了系統(tǒng)闡述。在以后相當(dāng)長的一段時期，德國的高速公路建設(shè)及沿線綠化景觀建設(shè)，成為許多國家的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。（4）服務(wù)設(shè)施高速路網(wǎng)發(fā)達(dá)的國家服務(wù)設(shè)施主要有服務(wù)區(qū)和停車區(qū)這兩種形式。西歐高速公路服務(wù)區(qū)功能齊全、環(huán)境優(yōu)雅，服務(wù)區(qū)內(nèi)部設(shè)施布局緊湊，在功能上分為加油站區(qū)、停車場區(qū)、綜合服務(wù)建筑三大部分，作為人流、物流、交通流的集散轉(zhuǎn)換結(jié)點，可以提供停車、用餐、公交換乘、超市購物、加油、車輛維修、住宿等服務(wù)。美國在1991版的《設(shè)計要領(lǐng)》提出了一套用于服務(wù)設(shè)施總體規(guī)模計算的方法。日本道路公團對高速公路服務(wù)設(shè)施的研究也已經(jīng)成為我國高速公路科研、設(shè)計和建設(shè)重要的學(xué)習(xí)和參考文獻(xiàn)。從國外研究現(xiàn)狀看，國外高速公路發(fā)展歷史早，交通需求與高速公路的供給趨于平衡，因此較大規(guī)模的高速公改擴建工程比較少，所以對于高速公路改擴建舊路設(shè)施再利用問題鮮有研究報道，而更多的研究成果集中在交通設(shè)施自身性能的改善與提高。國內(nèi)研究現(xiàn)狀從國內(nèi)研究現(xiàn)狀來看，目前改擴建高速公路舊路資源再利用的研究熱點主要集中在瀝青路面再生問題，而關(guān)于高速公路改擴建中交通設(shè)施再利用問題卻鮮有報道。（1）安全設(shè)施隨著近年來我國高速公路改擴建持續(xù)進行，我國在高速公路改擴建工程中安全設(shè)施再利用研究和實踐上，不斷致力于新技術(shù)、新方法的提出和應(yīng)用，同時也加強了安全設(shè)施再利用規(guī)范的研究工作。黃小清，舒翔等在《半剛性護欄的靜載實驗及能量吸收特性》論文中對半剛性護欄縮比試件進行三點彎曲實驗，分析了結(jié)構(gòu)的彎曲變形特點，計算出各階段試件的變形能，并比較在相應(yīng)階段中施加的能量差值，研究加載過程中各類變形對能量吸收的貢獻(xiàn)。李池英，陳慧等在《高速公路波形梁護欄損壞狀態(tài)及維修方法探討》論文中指出了波形梁護欄的各種損壞狀態(tài)和相對應(yīng)的維修方法及適用條件，指出以往維修方法存在的不規(guī)范操作。張志剛在《新舊<道路交通標(biāo)志和標(biāo)線>的對比分析與建議》論文中對比新舊《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》，分析出GB5768-1999版與GB5768-1986版新增和修訂內(nèi)容，提出參考性建議，幫助交通管理者和參與者能正確理解使用新規(guī)范，確保道路交通安全運營。初秀民，嚴(yán)新平等在《道路標(biāo)志標(biāo)線養(yǎng)護管理先進技術(shù)》論文中闡述了道路標(biāo)志標(biāo)線養(yǎng)護信息自動采集系統(tǒng)構(gòu)成的關(guān)鍵技術(shù)，提出了開展道路標(biāo)志標(biāo)線養(yǎng)護管理技術(shù)研究內(nèi)容。李富強在《標(biāo)志標(biāo)線施工質(zhì)量控制要點》論文中介紹了標(biāo)志標(biāo)線施工過程中質(zhì)量控制的重點。耿莉在《交通標(biāo)志和標(biāo)線試驗段工程技術(shù)探討》論文中介紹了交通標(biāo)志和標(biāo)線試驗段工程實施情況，以及分析原有交通標(biāo)志和標(biāo)線存在的問題，并研究出相應(yīng)的技術(shù)對策。廣東省路橋建設(shè)發(fā)展有限公司等在《高速公路波形梁護欄再利用技術(shù)研究》中使用對拼原波形梁板的方法，發(fā)明了“8”字形護欄橫梁，并運用理論分析、計算機仿真分析和實車碰撞試驗檢驗“8”字形護欄力學(xué)性能，驗證了“8”字形護欄橫梁安裝的可行性，為護欄再利用提供了新思路。徐州正菱涂裝有限公司的晃兵等在《高速公路舊波形梁板涂裝再利用工藝》論文中闡述了舊路波形梁護欄幾種常用的涂裝工藝和效果，提出一種新型再利用修復(fù)工藝。河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院李琦，桑永娜在《安新高速公路改擴建工程護欄改造設(shè)計》中通過安新高速改擴建工程的具體設(shè)計，提出了護欄改造的設(shè)計原則及施工順序。楊慧龍在《高速公路波形梁鋼護欄施工質(zhì)量控制》論文中講述護欄各部分的質(zhì)量控制要求，為護欄再利用及施工提供標(biāo)準(zhǔn)。2007年交通部頒布的《國家高速公路網(wǎng)相關(guān)標(biāo)志更換工作實施技術(shù)指南》中對高速公路標(biāo)志更換提供施工指南。1994年交通部頒布的《高速公路交通安全設(shè)施設(shè)計及施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ074-94）中對隔離柵的結(jié)構(gòu)、分類、防腐處理、施工安裝、質(zhì)量要求和驗收等方面做了詳細(xì)的規(guī)定。另外，相關(guān)規(guī)范還有交通部于2006年頒布了推薦性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》(JTGD81-2006)、《公路交通安全設(shè)施設(shè)計細(xì)則》（JTG/TD81-2006）。（2）機電設(shè)施我國高速公路機電技術(shù)研究較晚，主要受到當(dāng)時我國經(jīng)濟以及高速公路交通量較小等因素的影響，在我國高速公路建設(shè)初期，沒有完善機電設(shè)施，但是隨著高速公路交通量增長、安全問題的日益突出，高速公路管理部門己經(jīng)在各條高速公路上建成了具有一定規(guī)模的機電系統(tǒng)。李捷在《高速公路監(jiān)控設(shè)施改擴建設(shè)計方案探討》論文中介紹了高速公路監(jiān)控設(shè)施的改擴建方案，提出了高速公路監(jiān)控設(shè)施的設(shè)計原則和重點，對增加高速公路改擴建的經(jīng)濟性、安全性有著重要作用。方正鵬，張智勇在《高速公路機電養(yǎng)護評價技術(shù)研究》一文中提出了基于多層分析法的模糊綜合評價方法，對高速公路機電設(shè)施進行評價，有助于高速公路機電設(shè)施的養(yǎng)護和性能評價。馮俊杰，王錚在《高速公路機電設(shè)施技術(shù)狀況評定方法研究》文章中通對陜西省一些高速公路機電系統(tǒng)運營維護狀況調(diào)查和結(jié)果分析，研究出一種高速公路機電系統(tǒng)運營維護技術(shù)狀況的評定方法。廣東省公路勘察規(guī)劃設(shè)計院孫衛(wèi)華在《佛開高速公路改擴建工程監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計研究》對佛開高速公路改擴建過程中監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計進行探討和研究，以保證施工期間交通暢通。（3）綠化植被范啟宏等在《高速公路綠化工程樹木移栽施工關(guān)鍵技術(shù)》論文中詳細(xì)介紹了高速公路樹木移栽方法和關(guān)鍵技術(shù)；楊立偉在《京秦高速公路植被建植方式探討》一文中從京秦高速公路所處地理環(huán)境特點出發(fā)探討了該地區(qū)公路植被建設(shè)的方法和技術(shù)措施；董雁云在《淺淡北方大樹移植及管護》一文中北方地區(qū)大型喬木移植時間、方法和移植后養(yǎng)護措施；郭利，趙曉峰等在《公路綠化中樹木移植的成活措施》論文對公路綠化中樹木移植技術(shù)進行研究，提出有了較高成活率的移植措施。（4）服務(wù)設(shè)施我國的高速公路建設(shè)發(fā)展起步較晚，早期建設(shè)高速公路的沿線設(shè)施主要側(cè)重于交通安全、通訊和監(jiān)控等，對人和車輛的服務(wù)考慮相對較少。王宏偉，孔慶云等人在《滬寧高速公路改擴建工程服務(wù)設(shè)施規(guī)模的研究》期刊論文中通過參與設(shè)計滬寧高速公路改擴建工程，并充分調(diào)查原有服務(wù)設(shè)施的規(guī)模和使用情況，提出了服務(wù)區(qū)改擴建中餐廳、旅館、超市等服務(wù)設(shè)施改擴建的原則。2006年，交通運輸部頒布的《高速公路交通工程及沿線設(shè)施設(shè)計通用規(guī)范》（以下簡稱《交通工程規(guī)范》）指出，服務(wù)區(qū)、停車區(qū)的建設(shè)規(guī)模應(yīng)根據(jù)公路設(shè)計交通量、交通組成、自然環(huán)境、用地條件等因素確定。在2011年11月交通運輸部頒布的《公路工程項目建設(shè)用地指標(biāo)》中沿線設(shè)施一章中，規(guī)定了服務(wù)設(shè)施的用地指標(biāo)，簡要闡述了服務(wù)設(shè)施用地的主要影響因素、服務(wù)設(shè)施用地現(xiàn)狀、服務(wù)功能設(shè)施的建筑面積計算方法和服務(wù)設(shè)施進出口加減速車道的用地指標(biāo)等。綜上所述，對比本項目的研究目的，目前國內(nèi)的研究中還存在以下問題：（1）雖有針對護欄再利用的技術(shù)研究，但很不深入，只介紹了舊護欄如何進行外觀翻新，而對舊護欄檢測評定辦法、防撞能力提升辦法和改造工藝等核心關(guān)鍵問題未進行研究，因此對于高速公路改擴建的指導(dǎo)意義并不大。（2）缺乏對交通設(shè)施再利用性的工程、技術(shù)和經(jīng)濟評價等的系統(tǒng)深入研究，大多研究中僅依據(jù)外觀而這是進行設(shè)施再利用判斷。（3）缺少系統(tǒng)、全面的舊路交通設(shè)施再利用未形成系統(tǒng)的高速公路交通設(shè)施再利用相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、施工規(guī)范。論文的主要研究內(nèi)容及思路由于高速公路中交通設(shè)施繁雜，因此本項目具有多學(xué)科交叉特點，因此研究中將以交通設(shè)施調(diào)查和相關(guān)試驗為基礎(chǔ)，以現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范為依據(jù)，綜合運用各相關(guān)學(xué)科知識，對舊路交通設(shè)施再利用的技術(shù)可行性，并提出舊路設(shè)施再利用評估方法、改造工藝及施工技術(shù)指南。擬定研究的技術(shù)路線如圖所示。圖1.1本文研究的技術(shù)路線（箭頭）本文研究的主要創(chuàng)新點如下：（1）制定了舊交通設(shè)施再利用性能評估標(biāo)準(zhǔn)，該評估標(biāo)準(zhǔn)充分考慮舊路交通設(shè)施改造的技術(shù)可行性、經(jīng)濟可行性及與現(xiàn)行相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的一致性。（2）提出了舊交通設(shè)施再利用性能維護與提升技術(shù)。（3）建立了改擴建舊交通設(shè)施再利用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和施工指南為此，研究將實現(xiàn)如下關(guān)鍵技術(shù)：（1）通過研究，制定舊交通設(shè)施再利用性能評估標(biāo)準(zhǔn)。（2）基于交通設(shè)施老化規(guī)律，提出了交通設(shè)施性能發(fā)展預(yù)測模型，并應(yīng)用舊交通設(shè)施的性能維護及提高技術(shù)提高交通設(shè)施的使用壽命。（3）結(jié)合國內(nèi)外再利用方法，及交通設(shè)施制作標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，提出交通設(shè)施的再利用施工工藝。（4）通過總結(jié)現(xiàn)有評價方法利弊，根據(jù)舊路設(shè)施實際情況提出新的舊交通設(shè)施再利用綜合評價方法。

安全設(shè)施概述高速公路交通安全設(shè)施是高速公路最基本的設(shè)施，是保證行車安全、防止交通事故、保障交通順暢的重要手段。高速公路交通安全設(shè)施主要包括交通標(biāo)志、交通標(biāo)線、安全護欄、隔離設(shè)施、防眩設(shè)施和誘導(dǎo)設(shè)施。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)研究，我國大約3萬公里的高速公路已進入改擴建階段，僅安全護欄一項設(shè)施我國高速公路改擴建將可能涉及210億元價值。主要原因是前期建成的高速公路有70%以上采用波形梁護欄，即大約8.4萬公里210萬噸波形梁護欄鋼構(gòu)件，如果1噸鋼材的材料費、加工費和施工運輸費為1萬元，則我國高速公路改擴建涉及價值210億元波形梁護欄鋼結(jié)構(gòu)材料。因此高速公路安全設(shè)施不能有效地再次利用，將造成巨大的經(jīng)濟和資源浪費。為了有效的利用原有高速公路安全設(shè)施的材料和結(jié)構(gòu)，進行高速公路安全護欄分類及適用條件護欄按不同分類標(biāo)準(zhǔn)可以劃分為：（1）按設(shè)置位置不同可分為路側(cè)護欄和中央分隔帶護欄，路側(cè)護欄是指設(shè)置于高速公路路肩上的護欄，目的是防止汽車失去控制后越出路外；中央分隔帶護欄是指設(shè)置于高速公路中央分隔帶內(nèi)的護欄，目的是防止失控汽車穿越中央分隔帶闖入對向車道，造成二次碰撞傷害，并保護分隔帶內(nèi)的構(gòu)造物；（2）按路段可分為一般路段防撞護欄和橋梁護欄；（3）按其受力力學(xué)特性(或稱為吸能方式)可分為剛性護欄，半剛性護欄和柔性護欄三種形式。本文主要對剛性護欄，半剛性護欄和柔性護欄三種形式進行分析。剛性護欄剛性護欄是一種剛度較大則基本不變形的護欄結(jié)構(gòu)，剛性護欄的其代表形式為混凝土護欄，它是一種以一定斷面形狀的混凝土塊相互連接而組成的墻式結(jié)構(gòu)，通過誘導(dǎo)失控汽車碰撞護欄后沿護欄爬高、摩擦并轉(zhuǎn)向來吸收碰撞能量?；炷磷o欄能非常有效地防止汽車越出道路，一般適用于中央分隔帶寬度較小或各類橋梁位置處。由于混凝土護欄剛度大、變形小，因而維修費用一般較低。但由于汽車與護欄的碰撞角較大，對汽車和乘員的危害大。因此這種護欄具有的行駛舒適性較差、行駛壓迫感較大。半剛性護欄半剛性護欄是一類具有一定的剛度和柔性的連續(xù)型梁柱式護欄結(jié)構(gòu)。它是通過車輛與護欄、地面間的摩擦及車輛、土基和護欄本身產(chǎn)生一定量的彈、塑性變形(以護欄系統(tǒng)的變形為主)來吸收碰撞能量。梁柱式半剛性護欄按不同結(jié)構(gòu)又可分為W型波形梁護欄、三波波形梁護欄、管梁護欄、箱梁護欄，根據(jù)其力學(xué)模式可分為強梁-強柱式護欄、強梁-弱柱式護欄、極強梁-弱柱式護欄、弱梁-強柱式護欄和弱梁-弱柱式護欄。從國內(nèi)外實際應(yīng)用情況看，波形梁護欄的應(yīng)用最為廣泛，主要設(shè)置在需要著重保護乘員安全的路段，適用于中央隔離帶較寬且埋設(shè)通信管道的路側(cè)或較大橋等地段。波形梁護欄剛?cè)嵯嗉?，具有較強的吸收碰撞能量的能力，具有較好的視線誘導(dǎo)功能，能與道路線形相協(xié)調(diào)，外形美觀，可在小半徑彎道上使用，損壞處容易更換。對于汽車越出道路外，有可能造成嚴(yán)重后果的區(qū)段，可選擇加強波形梁護欄。柔性護欄柔性護欄是一種具有較大緩沖能力的韌性護欄結(jié)構(gòu)。柔性護欄主要形式是纜索護欄，它是一種以數(shù)根施加初張力的纜索固定于立柱上而組成的結(jié)構(gòu)，它主要依靠纜索的拉應(yīng)力來抵抗汽車的碰撞，吸收碰撞能量。纜索護欄屬柔性結(jié)構(gòu)，汽車碰撞時纜索在彈性范圍內(nèi)工作，可以重復(fù)使用，容易修復(fù)。立柱間距比較靈活，受不均勻沉陷的影響較小。風(fēng)景區(qū)公路采用纜索護欄較為美觀。積雪地區(qū)，纜索護欄對掃雪的障礙稍小。但纜索護欄施工復(fù)雜，端部立柱損壞修理困難，不適合在小半徑曲線路段使用；同時它的視線誘導(dǎo)性較差，架設(shè)長度短時不經(jīng)濟。綜合上述分析，各類護欄的優(yōu)缺點如表2.1所示：（下面的內(nèi)容和論文有關(guān)嗎？）表2.1各種護欄優(yōu)缺點護欄形式比較指標(biāo)混凝土護欄波形梁護欄纜索護欄使用性能對司乘人員損害大對中小型車的碰撞效果較好在危險路段的安全感差視線誘導(dǎo)效果不良很好不良小半徑平曲線路段的適應(yīng)性差好差施工難易易易難與防眩設(shè)施配合易易難與通信管道配合易較好較好維修費用低較高高在實際工程應(yīng)用中，選擇哪種形式的護欄，不僅要根據(jù)具體情況考慮護欄的優(yōu)缺點，也要考慮護欄的性能和后期養(yǎng)護成本等，即適應(yīng)環(huán)境需求、滿足安全要求，并且要方便后期養(yǎng)護，節(jié)省工程養(yǎng)護成本。選擇護欄形式應(yīng)考慮的一些因素如表2.2所示。表2.2護欄形式選擇考慮因素考慮因素要求足夠的防撞性能護欄應(yīng)阻擋和改變設(shè)計汽車的方向變形護欄期望變形值不大于允許的變形范圍現(xiàn)場條件應(yīng)滿足路肩寬度和邊坡坡度限制兼容性護欄能與已設(shè)計的錨固端部和其他護欄的過渡段相連接成本成本低廉，但應(yīng)充分考慮防撞性能養(yǎng)護和維修日常養(yǎng)護護欄不需要日常養(yǎng)護碰撞維修一般的柔性和半剛性護欄比剛性護欄維修量大材料儲備盡量采用一種規(guī)格護欄，便于維修并減少材料儲備簡便性結(jié)構(gòu)簡單、施工簡便、便于更換美觀在某些場合，要求護欄與景觀協(xié)調(diào)實際使用情況現(xiàn)有護欄系統(tǒng)的維修、養(yǎng)護情況安全護欄技術(shù)規(guī)范分析國外公路上實際應(yīng)用的護欄形式，波形梁護欄和纜索護欄為主要護欄形式，在美國和日本高速公路上纜索護欄占較大比重，西歐國家使用多以波形梁護欄為主，混凝土護欄所占比重很小。我國大部分高速公路采用的也是波形梁護欄，如：河北省沿海高速公路、京石高速公路、石安高速公路、京秦高速公路等。針對我國現(xiàn)狀，本文以波形梁護欄為主要研究對象?！陡咚俟凡ㄐ瘟轰撟o欄》（JT/T281-1995）中對波形梁護欄的技術(shù)要求做了詳細(xì)規(guī)定，對高速公路護欄進行再利用分析具有參考價值。1.材料要求波形梁板、立柱、橫梁、端頭、防阻塊等所用基底金屬材質(zhì)為碳素結(jié)構(gòu)鋼，其力學(xué)性能及化學(xué)成分指標(biāo)應(yīng)不低于碳素結(jié)構(gòu)鋼執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)（GB700）規(guī)定的Q235鋼的要求；連接螺栓、螺母、橫梁墊片等所用金屬材質(zhì)為碳素結(jié)構(gòu)鋼，其力學(xué)性能主要考核指標(biāo)抗拉強度不小于375N/mm2；高強度拼接螺栓連接處選用合金結(jié)構(gòu)鋼（20MnTiB鋼）制造，其力學(xué)性能及化學(xué)成分指標(biāo)應(yīng)符合優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)（GB699）或合金結(jié)構(gòu)鋼標(biāo)準(zhǔn)（GB3077）的規(guī)定；公稱直徑16mm，8.8S級抗拉荷載不小于133KN。2.外觀質(zhì)量要求波形梁綱護欄的冷彎黑色構(gòu)件表面不得有裂紋、氣泡、折疊、夾雜和端面分層，允許有不大于公稱厚度10%的輕微凹坑、凸起、壓痕、擦傷。表面缺陷允許用修磨方法清理，其整形深度不大于公稱厚度的10%；切斷面及安裝孔不允許有卷沿、飛邊和嚴(yán)重毛刺。3.防腐要求波形梁板、立柱、端頭、防阻塊、托架采用先熱浸鍍鋅后聚酯噴塑雙層防腐處理，波形梁板、立柱、端頭鍍鋅量不低于270g/㎡；防阻塊、托架鍍鋅量不低于120g/㎡；所有構(gòu)件涂塑層厚度不低于0.076mm。螺栓、螺母等緊固件采用熱浸鍍鋅防腐處理，鍍鋅量不低于350g/㎡。此外，《公路三波形梁鋼護欄》（JTT457-2007）、《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》（GTJD81-2006）、《公路交通安全設(shè)施施工技術(shù)規(guī)范》（GTJF71-2006）和《公路質(zhì)量檢測評定標(biāo)準(zhǔn)》（GTJF80-2004）等，也對安全護欄做出了相關(guān)規(guī)定，對安全護欄的再利用評估和技術(shù)具有一定參考價值。安全護欄實驗方法1.靜載試驗依據(jù)力學(xué)原理，為得到護欄在模擬條件下的力學(xué)性能以及關(guān)鍵部件的強度極限，對護欄板等一些關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件進行有針對性的專項測試，如力和位移關(guān)系、承載極限等。2.實驗室動態(tài)試驗實驗室動態(tài)試驗主要用于護欄開發(fā)設(shè)計的初始階段，主要由以下兩種具體形式：（1）重力擺實驗將一定質(zhì)量的重物用繩索懸掛于固定點，提升一定高度h后釋放，重物將以速度v與固定目標(biāo)相撞。受沖擊重物質(zhì)量體積的限制，這種實驗的沖擊速度較低，很難產(chǎn)生較大碰撞能量，因次一般用于護欄立柱等。（2）沖擊實驗施加一定能量、速度的落錘進行沖擊被測試驗件，利用各類傳感器得到落錘力和速度數(shù)值變化，來得到護欄力學(xué)性能。3.實車足尺碰撞實驗實車足尺碰撞實驗是目前國內(nèi)外采用的主要研究方法。采用真實車輛與真實護欄結(jié)構(gòu)進行碰撞，利用高速攝影拍攝車輛運動軌跡和姿態(tài)，利用加速度傳感器測量車輛各軸向加速度。但是這類實驗需要大型的實驗場地以及成套的實驗裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，要花費大量的人力、物力，實驗成本較高。4.縮尺模型實驗以原護欄一定比例縮小而制成的縮尺模型來代替原護欄進行護欄-車輛碰撞實驗。這樣可以節(jié)省實車沖撞實驗的大量經(jīng)費，但由于縮尺、材料等不同，結(jié)果并不可靠。5.軟件仿真實驗以計算機軟件為基礎(chǔ)，根據(jù)力學(xué)原理，建立護欄-車輛碰撞模型，模擬碰撞全過程。其中多以建立多剛體模型和有限單元模型為主。（1）多剛體模型多剛體模型特點是把汽車的發(fā)動機、車橋等相對密度較大的部件之間的連接鈑等看成類似彈簧的傳力部件，其代表軟件就是MADYMO。（2）有限單元模型運用有限元方法解決碰撞過程中車輛結(jié)構(gòu)變形和人員安全等問題。其優(yōu)越性主要表現(xiàn)為：一是所需費用較低。由于不需要大量硬件設(shè)備、進行破壞性試驗，因此可以節(jié)約大量的人力和物力；二是具有可重復(fù)性。通過只改變一個參數(shù)，重復(fù)上次試驗就可得到該參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響；三是可以獲得任意所需的數(shù)據(jù)。相比于其他實驗必須通過增加傳感器和高速攝影機的數(shù)量，來得到關(guān)心點處數(shù)據(jù)，但是有些位置儀器安裝困難，則數(shù)據(jù)不可獲得；而使用計算機仿真只要在所關(guān)心的點上建立一個描述坐標(biāo)即可，不受時間、空間、氣候等條件的限制，可以隨時進行。交通標(biāo)志種類及技術(shù)規(guī)范交通標(biāo)志分類（有用嗎？）高速公路交通標(biāo)志主要包括警告標(biāo)志、禁令標(biāo)志、指示標(biāo)志、指路標(biāo)志和旅游區(qū)標(biāo)志等。1.警告標(biāo)志警告標(biāo)志是警告車輛、行人注意道路交通的標(biāo)志，公路使用者需謹(jǐn)慎行動。警告標(biāo)志形狀為等邊三角形，頂角朝上，顏色為黃底、黑邊、黑圖案，“注意信號燈”標(biāo)志的圖形為紅、黃、綠、黑四色。“叉形符號”、“斜杠符號”為白底紅圖形。常見的有減速慢行標(biāo)志、車距確認(rèn)標(biāo)志、事故多發(fā)點標(biāo)志、追尾危險標(biāo)志、合流標(biāo)志等，如圖2.1所示合流標(biāo)志。圖2.1高速公路合流標(biāo)志2.禁令標(biāo)志禁令標(biāo)志是根據(jù)道路和交通量情況，為保障交通安全而對車輛行為加以禁止或限制的標(biāo)志，禁令標(biāo)志的顏色，除個別標(biāo)志外，為白底，紅圈，紅杠，黑圖形。3.指示標(biāo)志指示標(biāo)志是指示車輛按規(guī)定方向、地點行進的標(biāo)志，指示標(biāo)志的顏色，除個別標(biāo)志外，為藍(lán)底、白圖形。形狀分為圓形、長方形和正方形。常見的指示標(biāo)志有地點方向指示、分流后入口預(yù)告、道路施工標(biāo)志等，如圖2.2所示高速公路指示標(biāo)志。圖2.2高速公路指示標(biāo)志4.指路標(biāo)志指路標(biāo)志表示道路信息的指引，為駕駛者提供去往目的地所經(jīng)過的道路、沿途相關(guān)城鎮(zhèn)、重要公共設(shè)施、服務(wù)設(shè)施、地點、距離和行車方向等信息，高速公路的出入口、服務(wù)區(qū)、著名地點等。形狀為矩形、綠底、白圖形、白邊框、綠色襯邊。圖2.3高速公路指路標(biāo)志5.旅游區(qū)標(biāo)志旅游區(qū)標(biāo)志設(shè)在高速公路出口的減速車道起點附近，提示駕駛者旅游區(qū)的名稱、方向和距離等信息。形狀為矩形、紅底或灰底、白圖形、白邊框。圖2.4高速公路旅游區(qū)標(biāo)志交通標(biāo)志設(shè)置交通標(biāo)志的設(shè)置是根據(jù)公路網(wǎng)布局、高速公路在路網(wǎng)中的地位和作用來確定，主要是確定交通標(biāo)志的設(shè)置形式和引導(dǎo)方向。交通標(biāo)志的設(shè)置應(yīng)能體現(xiàn)高速公路在路網(wǎng)中的地位，清晰地反映路網(wǎng)之間的關(guān)系，使司乘人員能清楚、準(zhǔn)確預(yù)知將要到達(dá)的目的地的行駛方向和路徑。高速公路交通標(biāo)志設(shè)置時應(yīng)該考慮以下幾個方面：1.交通標(biāo)志的設(shè)置應(yīng)根據(jù)改擴建后高速公路的線形條件、互通立交形式、橋梁、隧道、服務(wù)設(shè)施等的規(guī)模和位置，自然環(huán)境，交通狀況，道路使用者需求等因素綜合確定，其數(shù)量應(yīng)相對均衡，避免信息過載或疏漏。2.分流路段的分流信息宜采用門架式、懸臂式結(jié)構(gòu)的標(biāo)志傳遞。3.拆除的標(biāo)志材料，經(jīng)局部修補或重新采用防腐防銹處理措施，并經(jīng)檢測合格后，宜重復(fù)利用。不能重復(fù)利用的護欄材料，應(yīng)核算其剩余價值。4.公路標(biāo)志版面內(nèi)容應(yīng)能準(zhǔn)確、醒目地向道路使用者提供警告、禁令、指示、指路、安全等信息，易于駕駛員認(rèn)讀、醒目。標(biāo)志的易讀程度用判讀性表示，醒目程度用誘目性表示。判讀與誘目兩者總稱為標(biāo)志的辨認(rèn)性。標(biāo)志認(rèn)讀過程如圖2.5所示。圖2.5標(biāo)志認(rèn)讀過程交通標(biāo)志相關(guān)規(guī)范高速公路改擴建工程，一般將會涉及到交通標(biāo)志位置移動和材料再利用問題。查閱相關(guān)規(guī)范，其中《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》第2部分道路交通標(biāo)志，對交通標(biāo)志的設(shè)置位置、逆反射材料及照明等做了明確規(guī)定，對高速公路交通標(biāo)志再利用具有一定參考價值。1.位置設(shè)置警告標(biāo)志前置距離一般根據(jù)道路的設(shè)計速度確定，也應(yīng)考慮該路段的最高限制速度或行駛速度進行一定的調(diào)整；禁令、指示標(biāo)志應(yīng)設(shè)置在禁止和限制路段開始的位置，尤其是部分禁令、指示標(biāo)志開始路段的路口前方，需要設(shè)置相應(yīng)的指路標(biāo)志提示，可以提前告知限制車輛駕駛?cè)藛T繞道行駛。2.逆反射材料及照明（1）逆反射材料用于標(biāo)志面的逆反射材料主要為反光膜。反光膜的逆反射性能應(yīng)符合GB!T18833的規(guī)定。選擇逆反射材料應(yīng)綜合考慮以下原則或因素：標(biāo)志背景環(huán)境影響大、行駛速度快、交通量大的道路宜選用逆反射性能好的材料；門架式標(biāo)志、懸臂式標(biāo)志和車行道上方附著式標(biāo)志宜選用比路側(cè)柱式標(biāo)志和路側(cè)附著式標(biāo)志逆反射性能好的材料；四級及以下公路、交通量很小的道路，根據(jù)實際情況可選用較其他道路逆反射性能低的材料。（2）照明內(nèi)部照明為將光源安裝于標(biāo)志板結(jié)構(gòu)內(nèi)部的照明方式，分單面顯示和兩面顯示兩種，要求如下：內(nèi)部照明標(biāo)志應(yīng)根據(jù)板面大小、所受風(fēng)力等進行結(jié)構(gòu)設(shè)計;確保標(biāo)志面照度均勻，在夜間具有150m以上的視認(rèn)距離;金屬構(gòu)件應(yīng)經(jīng)防腐處理合格，防雨防塵，電器元件耐久可靠，檢修方便二外部照明為將光源安裝于標(biāo)志板上部，照亮標(biāo)志面的照明方式，要求如下：所選用的外部照明光源的顯色指數(shù)Ra一般不應(yīng)低于80，光源應(yīng)進行專門設(shè)計，照明燈具及其陰影不能影響標(biāo)志認(rèn)讀；光源在標(biāo)志面上的照度應(yīng)均勻，最大照度與最小照度之比應(yīng)小于4，在夜間具有150m以上的視認(rèn)距離；外部照明光源不應(yīng)造成眩目；支撐燈具的構(gòu)件應(yīng)防銹處理合格，照明器件耐久可靠，性能優(yōu)良，檢修方便。此外，《公路交通標(biāo)志和標(biāo)線設(shè)置規(guī)范》（GTJD82-2009）、《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》（GTJD81-2006）、《公路交通安全設(shè)施施工技術(shù)規(guī)范》（GTJF71-2006）和《公路質(zhì)量檢測評定標(biāo)準(zhǔn)》（GTJF80-2004）等對各類交通標(biāo)志的設(shè)置也做出了詳細(xì)規(guī)定，在對高速公路交通標(biāo)志進行再利用時，同樣具有參考價值。交通標(biāo)志材料要求1.交通標(biāo)志的立柱和橫梁高速公路目前的標(biāo)志立柱和橫梁基本都采用Q235的碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼管作為支撐件，立柱和橫梁的管徑、厚度等外形尺寸的設(shè)計應(yīng)根據(jù)標(biāo)志板面的尺寸、標(biāo)志的結(jié)構(gòu)形式以及基礎(chǔ)承載能力等情況計算得出。標(biāo)志法蘭盤、抱箍、螺栓等結(jié)構(gòu)統(tǒng)一采用鋼件制作，鋼構(gòu)件必須經(jīng)防腐處理才能使用。2.交通標(biāo)志板制作交通標(biāo)志板的材料有鋁合金板、擠壓成型的鋁合金型材、鋼板、鋁塑板、玻璃鋼板等?？紤]各種材料的力學(xué)、耐久性能和價格因素，小型標(biāo)志可采用玻璃鋼板或是鋁塑板材料；大、中型標(biāo)志板（大于5㎡）推薦標(biāo)志板采用鋁合金板，具有質(zhì)量輕、強度高、耐腐蝕、耐磨等優(yōu)點，并用槽鋁龍骨加固；對面積在15㎡以上的大型標(biāo)志版面結(jié)構(gòu)，為便于運輸、安裝及養(yǎng)護，宜采用擠壓成型的鋁合金板拼接而成。3.交通標(biāo)志反光膜目前普遍使用逆反射材料制作交通標(biāo)志，可以解決交通標(biāo)志在夜間的視認(rèn)性問題。高速公路交通標(biāo)志采用一、二級反光膜（3M稱為鉆石級）；門架式、懸臂式、附著式標(biāo)志采用一級反光膜；柱式標(biāo)志、里程標(biāo)志和百米牌采用二級反光膜；通道、主線上跨的分離立交兩端的限高標(biāo)志采用二級反光膜。由于不同角度反光膜的反光率是不同的，因此粘貼標(biāo)志反光膜時應(yīng)注意其方向性和易讀性。同一標(biāo)志中的底膜和字膜所選取的反光膜等級應(yīng)保持一致，若字膜等級高于底膜等級，會因為反光率差別過大而形成暈光效果，反而影響標(biāo)志的視認(rèn)性，因為同一等級的字膜反光率是底膜反光率的5～6倍。反光膜逆反射光度性能詳見表2.4。表2.4反光膜逆反射光度性能表反光膜等級觀測角入射角最小逆反射系數(shù)QUOTE白色黃色紅色綠色藍(lán)色棕色一級0.2°-4°600450120100502015°4503208580401530°300220605025100.33°-4°3602506060251515°2601804040181030°1601102525106二級0.2°-4°2501704545201215°2001303535161030°1501002525106.50.33°-4°1801202525141015°15090202011830°10070141485安全設(shè)施再利用性能評價安全設(shè)施是車輛在高速公路上安全行駛的基本保障。但是高速公路安全設(shè)施種類繁多、設(shè)備投入使用年限參差不齊，而且很多設(shè)施在使用過程中進行修補改造工作，因此高速公路舊路安全設(shè)施再利用性能評估分析，就成為安全設(shè)施是否再利用的關(guān)鍵評價步驟。所以再利用前期調(diào)查和資料統(tǒng)計工作，必須采取細(xì)致、科學(xué)的態(tài)度，通過現(xiàn)場調(diào)研統(tǒng)計、查閱固定資產(chǎn)登記表、查閱竣工文件、查閱養(yǎng)護資料、查閱事故資料、與營運人員溝通了解等工作，完整的了解高速公路現(xiàn)有交通工程設(shè)施的設(shè)置情況和使用現(xiàn)狀；然后通過前面的評價，抽選具有代表性的設(shè)施進行相應(yīng)力學(xué)分析，評價設(shè)施使用性能是否下降，安全性能是否保證，安全設(shè)施是否具有再利用價值。安全護欄初級性能評估制定相應(yīng)安全設(shè)備性能評估流程，首先聯(lián)系高速公路資產(chǎn)登記和高速公路養(yǎng)護等管理部門，詳細(xì)統(tǒng)計高速公路改擴建總路段路側(cè)護欄、中央分隔帶護欄、活動護欄的使用年限、養(yǎng)護記錄、事故記錄；并對現(xiàn)場的交通安全護欄外觀狀況進行詳細(xì)記錄。安全護欄初級性能評估采用綜合評估指數(shù)法，由安全護欄外觀質(zhì)量檢查結(jié)果、使用年限指標(biāo)測量結(jié)果、事故及養(yǎng)護狀況、以及日常維護狀況進行綜合評價，考慮到外觀、使用年限和事故及養(yǎng)護三者重要性差別，權(quán)值分別取0.6、0.2和0.2。3.1式中：——為安全護欄初級評價值；——各指標(biāo)的基本分值；——各指標(biāo)的權(quán)值。高速公路護欄狀況差別較大，則通過安全護欄初級性能評估而得到的取值在0~8之間，兩兩數(shù)據(jù)間相差不同，且數(shù)據(jù)較多，因此為能達(dá)到實際工程簡便、易操作，并且能較好的通過評價達(dá)到護欄再利用選擇的目的，因此根據(jù)實驗和實際工程經(jīng)驗，設(shè)定y=4值作為下一步進行護欄力學(xué)性能檢測的閾值（如使用年限3年，現(xiàn)場檢測為良，護欄損害情況為一般事故，則評估為合格；若護欄損害為嚴(yán)重則評價不合格）。當(dāng)時，這段安全護欄的初級性能評估結(jié)果較差，說明已達(dá)不到再利用的價值。當(dāng)時，這段安全護欄的初級性能評估結(jié)果說明護欄已具備再利用的初級條件，但必須進行進一步的實車碰撞試驗或進行材料檢測，以確定最終性能評估結(jié)果，決定其是否達(dá)到安全防護性能，具有再利用價值。此時在{4,8}區(qū)間內(nèi)，為能更好記錄和利用數(shù)據(jù)，繼續(xù)將（大于4的值）以分類區(qū)間取1值，分為A、B、C、D四類。安全護欄使用年限評價將統(tǒng)計的高速公路改擴建總路段路側(cè)護欄、中央分隔帶護欄、活動護欄的使用年限進行分類。根據(jù)《高速公路交通工程及沿線設(shè)施設(shè)計通用規(guī)范》（JTGD80-2006）的規(guī)定，交通安全設(shè)施各類設(shè)備使用年限應(yīng)不小于下表3.1的規(guī)定。由于早期建設(shè)的高速公路護欄按照J(rèn)TJ074-94《高速公路交通安全設(shè)施設(shè)計及施工技術(shù)規(guī)范》設(shè)計，其中對護欄的碰撞條件規(guī)定較低，護欄整體強度偏弱，安全性能較低；并且鍍鋅層40-60μm的護欄在工業(yè)大氣環(huán)境中防護壽命只有6-10年，噴塑單涂層、鍍鋅噴漆和噴塑的護欄在使用3～5年左右護欄表面出現(xiàn)明顯的銹蝕問題；熱浸鍍鋅型護欄也在使用2～3年左右出現(xiàn)氧化、發(fā)灰、滲銹等缺陷。因此本文推薦舊護欄使用時間大于5年的進行淘汰，然后使用時間5年內(nèi)的護欄，以使用時間為分類標(biāo)準(zhǔn)，以“年”為分類單位，分為5類，即以使用時間為1年的護欄給以5分，使用時間為2年的給以4分，以此類推。表3.1交通安全設(shè)施各類設(shè)備使用年限項目使用年限（年）項目使用年限（年）標(biāo)志7混泥土護欄20標(biāo)線3防眩板5波形梁護欄15防護網(wǎng)5纜索護欄15安全護欄現(xiàn)場檢測評價根據(jù)《高速公路波形梁鋼護欄》(JT/T281)及《公路三波形梁鋼護》(JT/T457)《高速公路交通工程鋼構(gòu)件防腐技術(shù)條件》（GBT18226-2000）的相關(guān)規(guī)定，現(xiàn)場檢測以波形梁鋼護欄的實測和外觀鑒定兩項為主。1.實測項目護欄由波形梁板、立柱、端頭、緊固件、防阻塊等構(gòu)件組成，其現(xiàn)場檢測主要采用物理、化學(xué)檢測手段。通過相應(yīng)檢測手段得到的各項檢測值與規(guī)定值進行比較，分析出護欄目前狀況是否滿足要求。圖下表3.2波形梁剛護欄實測項目所示。表3.2波形梁鋼護欄實測項目項次檢查項目規(guī)定值檢查方法及儀器權(quán)值1立柱壁厚（mm）4.5±0.25測厚儀、千分尺12波形梁基地金屬厚度（mm）±0.16板厚千分尺13鍍（涂）層厚度（μm）425測厚儀14護欄板順直度（mm/m）±5拉線、直尺15護欄板銹蝕厚度（mm）10化學(xué)劑、測厚儀26立柱豎直度（mm/m）±10垂線、直尺18護欄板傾斜度（mm）參考下表拉線、直尺29立柱傾斜度（mm）參考下表拉線、直尺1實測項目的檢測方法如上表所示，其中一些項目檢測和儀器使用步驟如下①立柱壁厚使用測厚儀檢測步驟：首先抬起操縱桿，使鐵扼和小桿及百分表測桿完全落下，使小桿下端的測足和測厚儀的基座平臺接觸，調(diào)整百分表零點，然后壓下操縱桿，使鐵扼和小桿及百分表抬起，插入立柱內(nèi)側(cè)，再略抬操縱桿，使鐵扼部分下落，小桿及測足自由地落在立柱壁上，百分表測桿仍被支撐著，鎖緊鎖閉旋鈕后，完全抬起操縱桿，使百分表和鐵扼完全落下，這時記錄百分表讀數(shù)，即為立柱壁的厚度。圖3.1測厚儀②立柱壁厚使用千分尺檢測步驟：將被立柱放在表面平整的平面上；當(dāng)千分尺的兩個測量面與立柱壁面快接觸時，就停止旋轉(zhuǎn)微分筒，而改旋轉(zhuǎn)測力裝置，使兩接觸面與立柱壁面相接觸，等到發(fā)出“咔咔”的三聲后，即可進行讀數(shù)；千分尺測量軸的中心線要與工件被測長度方向相一致，不要歪斜；將千分尺固定開始讀數(shù)。圖3.2千分尺③測定立柱傾斜度步驟：首先使用一根拉線在立柱中心軸線位置，使用第二根拉線柱帽中心上方，使用直尺測量兩根拉線間的距離，即得到立柱傾斜度值。圖3.3立柱傾斜度測量示意圖④護欄板順直度計算時：直線段以100m為一段落進行放線，曲線段以60m為一段落進行放線，然后以每10m或8m間距測定控制點；控制點處用鐵釘將線繩固定并拉直，再用直尺測量。2.外觀鑒定1）鍍層及焊縫焊接鋼管的焊縫是否平整，有無突起。構(gòu)件鍍鋅層表面是否均勻完整、顏色一致，表面具有實用性光滑。鍍件表面有無漏鍍、露鐵、擦痕等缺陷。構(gòu)件鍍鋁層表面是否連續(xù)，有無明顯影響外觀質(zhì)量的熔渣、色澤暗淡及假浸、漏浸等缺陷。構(gòu)件涂塑層是否均勻光滑、連續(xù)，無肉眼可分辨的小孔、空間、孔隙、裂縫、脫皮及其他有害缺陷。圖3.4護欄銹蝕2）護欄板直線段護欄不得有明顯的凹凸、起伏現(xiàn)象，曲線段護欄應(yīng)圓滑順暢，與線形協(xié)調(diào)一致，波形梁板搭接方向正確，搭接平順，護欄板邊緣不允許有卷沿、飛邊和嚴(yán)重的毛刺；護欄板表面是否有壓痕、擦傷，表面是否產(chǎn)生凹坑或凸起，是否嚴(yán)重變形；護欄板污穢程度及油漆損壞狀況，是否產(chǎn)生嚴(yán)重銹蝕。圖3.5護欄板損壞狀況3）護欄立柱立柱是否傾斜，柱身是否嚴(yán)重變形，立柱及柱帽是否安裝牢固，其頂部有無明顯塌邊、變形、開裂等缺陷，立柱污穢程度及油漆損壞狀況，是否產(chǎn)生嚴(yán)重銹蝕，立柱是否有缺失現(xiàn)象。圖3.6護欄立柱損壞情況4）護欄附屬部件防阻塊、緊固件等護欄附屬部件是否產(chǎn)生扭曲變形，螺栓等緊固件是否緊固。圖3.7防阻塊和緊固件的損壞狀況表3.3護欄外觀鑒定鑒定項目檢測項目權(quán)值鍍層1均勻性；2擦痕露鐵1焊縫1平整性1護欄板1平整性；2線形一致性；3搭接合理性；4變形；5油污；6銹蝕3護欄立柱1變形；2傾斜；3油污；4銹蝕；5缺失；6穩(wěn)固3護欄附屬部件1變形；2緊固2通過對高速公路改擴總里程中交通安全護欄進行現(xiàn)場評價，結(jié)合外觀評測與實測結(jié)果，計算綜合權(quán)值。將安全護欄外觀檢查結(jié)果分為優(yōu)、良、中、差5個等級，相應(yīng)得分分別為10分、6分、3分、0分，具體如表3.4所示。表3.4安全護欄現(xiàn)場檢測評價等級優(yōu)>1515≧良>1010≧中≧8差<8外觀缺陷無缺陷有輕微缺陷，但不影響護欄正常使用的有明顯缺陷，對護欄正常使用造成一定影響有嚴(yán)重缺陷，對護欄正常使用造成嚴(yán)重影響安全護欄事故和養(yǎng)護評價分析統(tǒng)計資料的護欄事故記錄、護欄養(yǎng)護記錄。以護欄損害的嚴(yán)重程度，并結(jié)合事故后護欄是否得到良好養(yǎng)護為準(zhǔn)則。護欄事故較為嚴(yán)重已無法運營，已經(jīng)更換護欄的給以5分；嚴(yán)重?fù)p害的護欄減5分，較大事故的護欄減2分，一般事故但得到相應(yīng)養(yǎng)護的護欄以0分，無事故護欄且經(jīng)常日常維護地5分。波形梁護欄損害情況如下表3.5所示。表3.5波形梁護欄損害情況損害等級嚴(yán)重?fù)p害較大損害一般損害損害具體程度護欄板最大撓度值等于或大于425mm；路側(cè)護欄立柱頂部偏移量等于或大于141mm；中分帶護欄立柱頂部偏移量等于或大于232mm。護欄板的最大撓度值在266～425mm之間；路側(cè)護欄立柱頂部偏移量在131～141mm之間；中分帶護欄立柱頂部偏移量在216～232mm之間。護欄板的最大撓度值小于266mm；路側(cè)護欄立柱頂部偏移量小于131mm；中分帶護欄立柱頂部偏移量小于216mm。安全護欄力學(xué)性能評估護欄安全性能評價主要通過實車碰撞實驗、軟件仿真實驗、實驗室試驗得出。實車碰撞實驗為《高速公路護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》推薦方法，能夠較為真實反映車輛碰撞結(jié)果，是護欄安全性能評價最具權(quán)威實驗，但車輛碰撞過程難以控制；軟件仿真實驗通過計算機仿真對碰撞過程較為清晰，但由于建模時忽略很多實際條件，因此仿真結(jié)果欠缺可信度；靜載試驗相比于前兩實驗?zāi)芨每刂茖嶒炦^程，通過處理能使結(jié)果具有科學(xué)性，得出新舊護欄對比的靜態(tài)變形量，為舊護欄再利用提供可行性。護欄力學(xué)分析模型護欄防撞能力是護欄受到車輛碰撞時，護欄板發(fā)生曲面延展、垂直道路方向彎曲變形，立柱傾斜，護欄附屬構(gòu)件受拉、剪切變形，即護欄通過護欄板變形、護欄板自身力學(xué)性能、立柱及附屬構(gòu)件變形吸能來抵消吸收碰撞產(chǎn)生能量，以達(dá)到阻止車輛穿出高速公路，引導(dǎo)車輛回到原行駛方向。波形梁護欄室內(nèi)試驗主要對護欄板和立柱兩個指標(biāo)進行研究。①從護欄整體受力分析，車輛碰撞護欄相當(dāng)于對護欄施加一個力，護欄板兩側(cè)立柱則為護欄提供鋼結(jié)和鉸接支撐。采用結(jié)構(gòu)力學(xué)中簡支梁模型來分析護欄整體在受力作用下變形情況，簡支梁模型中隨著作用力為之的不同，產(chǎn)生的撓度也隨之發(fā)生變化，其中將計算模型中荷載作用于梁的中點是產(chǎn)生簡支梁最大撓度位置。圖3.9護欄實際圖圖3.10護欄受力理論模型②從護欄板自身材料受力分析，垂直于道路延伸方向護欄板產(chǎn)生截面扭曲變形能和結(jié)構(gòu)彎曲塑性變形能；順著道路方向護欄板發(fā)生局部屈曲變形產(chǎn)生局部屈曲變形能。護欄板碰撞變形產(chǎn)生的能量E如下式所得。3.13式中：—為截面扭曲變形能；—為結(jié)構(gòu)彎曲塑性變形能；—為局部屈曲變形能。3.14式中：—護欄板材料屈服強度；d—護欄板厚度。3.15式中：—加載截面上的極限彎矩；—加載截面上的轉(zhuǎn)角3.16式中：—褶皺長度上的極限彎矩；—褶皺的長度；—褶皺的彎曲角度③從立柱受力分析，考慮立柱地基穩(wěn)定，土基與立柱是固結(jié)，將立柱當(dāng)作懸臂梁來分析，護欄立柱的受力簡化圖下圖3.11所示。圖3.11護欄立柱的受力簡化護欄靜載實驗本文研究護欄性能變化采用簡支梁模型如上圖3.10所示，通過對新舊護欄板中心位置逐步加載和卸載，測量新舊護欄板產(chǎn)生的位移隨荷載的變化情況，來分析舊護欄力學(xué)性能變化。1.實驗儀器立柱式萬能試驗機、兩個預(yù)置混凝土支座平臺、法蘭盤或其他夾具，新舊護欄多套，高強空心立柱，壓力傳感器，WYJ-50型位移計。其中：①立柱式萬能試驗機的系統(tǒng)采用高精度數(shù)字電液伺服調(diào)壓調(diào)速技術(shù)，立柱間距540mm，適用于50KN-1000kN液壓式萬能試驗機改造升級為微機控制電液伺服萬能試驗機。具有電子測量采集試驗數(shù)據(jù)、自動分析，打印報表和曲線等功能。適用于金屬的拉伸、壓縮等試驗，亦可用于水泥及混凝土等非金屬材料的壓縮試驗。②高強立柱要求加載過程中變形較小，因此記錄護欄板位移與荷載關(guān)系時，可以忽略立柱變形。圖3.12位移計2.實驗過程首先檢驗并調(diào)試試驗機，啟動油泵反復(fù)升起活塞，將油缸、油管內(nèi)的空氣排凈可觀察到回油是連續(xù)、穩(wěn)定的，如果在試壓中發(fā)現(xiàn)指針在某個區(qū)間有呆滯現(xiàn)象，則選用最大量程，調(diào)整工作壓力到量程的一半并穩(wěn)定；進行以上操作時必須注意：①工作壓力不可過大；②排氣絲堵旋回時用力應(yīng)輕緩，謹(jǐn)防擰斷。（1）調(diào)試完好后，放置好預(yù)置混凝土（墊板）位置，將立柱固定到混凝土支座的空洞中，并在外則用法蘭盤固定，防止加載過程中立柱在混凝土中滑動；（2）再將護欄板和高強立柱端頭使用高強金屬螺栓進行固定，可以還原護欄整體受力和防止實驗時護欄板端頭翹起；（3）移動護欄使加載頭位于護欄板中心上方；按照測控箱后面板的接口標(biāo)示，將連接線緊固在各接口上，防止因松動導(dǎo)致接觸不良；（4）位移計連接到護欄板中央位置處(加載力下方)；壓力傳感器安裝在回油管或油缸上；確保各設(shè)備連接完好后，按動按鈕進行實驗；（5）數(shù)據(jù)采集為50hz，記錄位移-荷載數(shù)據(jù)。圖3.13護欄與支座的效果圖和實際實驗截圖3、實驗結(jié)果分析取京港澳高速公路石家莊至磁縣（冀豫界）段改擴建工程中舊護欄和未使用新的護欄進行實驗，舊護欄要求：使用時間為3年，現(xiàn)場檢測為優(yōu)，無事故且養(yǎng)護良好。使用新舊護欄板和全新立柱、防阻塊等按上述步驟進行組裝，放置加載頭正下方正確位置，進行實驗加載，參考相關(guān)文獻(xiàn)：在跨度2m下，波形梁護欄的塑性極限荷載為35kN。因此初期加載幅度較大，按照5KN一級，接近屈服極限時用2.5KN一級。記錄實驗數(shù)據(jù)。新舊護欄板位移-荷載關(guān)系如下圖3.15所示。圖4.14現(xiàn)場實驗圖圖3.15新舊護欄板位-靜載力關(guān)系有上圖3.15可知，①在板荷載不大于30KN時，新舊護欄的變形位移差距不大，原因荷載較小時，新舊護欄板強度都滿足要求，因此兩者產(chǎn)生位移基本相同；②當(dāng)荷載進一步加大，邊支座和跨中護欄板進入塑性變形，出現(xiàn)塑性鉸，并出現(xiàn)較小的支座拉力。當(dāng)荷載達(dá)到40kN左右時，護欄板跨中邊緣鋼板開始出現(xiàn)裂縫，因此隨著載荷的增加30-60KN之間，新舊護欄板變形都迅速增大，但舊護欄板變形產(chǎn)生位移大小和速度明顯大于新護欄板的，說明舊護欄強度等力學(xué)性能下降；③在荷載50KN左右，舊護欄板變形趨于穩(wěn)定，而新護欄在60KN后變形趨于穩(wěn)定，這一階段的受力特點為有支座水平約束的簡支梁模型，護欄進入帶裂縫工作的強化階段，也說明舊護欄板力學(xué)性能下降。安全標(biāo)志再利用性能評估安全標(biāo)志再利用性能評估與護欄評估流程相似，首先聯(lián)系高速公路資產(chǎn)登記和高速公路養(yǎng)護等管理部門，詳細(xì)統(tǒng)計高速公路改擴建總路段各種標(biāo)志的使用年限、養(yǎng)護記錄、事故記錄，并對現(xiàn)場的交通安全標(biāo)志外觀狀況進行詳細(xì)記錄。高速公路改擴建管理者可以根據(jù)標(biāo)志再利用性能評估結(jié)果決定是否對標(biāo)志采取再利用措施，為高速公路管理者決策提供專業(yè)技術(shù)幫助，同時節(jié)省大量不必要資源和施工時間的浪費。高速公路標(biāo)志初級性能評估由標(biāo)志外觀質(zhì)量檢查結(jié)果、使用年限指標(biāo)測量結(jié)果、事故及養(yǎng)護狀況、以及日常維護狀況進行綜合評價。使用年限和日常維護評價方法與護欄評價方法相似。標(biāo)志現(xiàn)場檢測評價主要是外觀鑒定和具體項目實測。依據(jù)《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》(GB5768)和《公路交通標(biāo)志板技術(shù)條件》(JT/T279)的規(guī)定，具體內(nèi)容如下：1、實測項目標(biāo)志主要組成部分進行實際測量，其檢查方法和規(guī)范規(guī)定值如下表3.6所示。表3.6標(biāo)志實測項目項次檢測項目規(guī)定值檢測方法及儀器權(quán)值1標(biāo)志板外形尺寸±5鋼卷尺、萬能角尺、卡尺22底板厚度不小于設(shè)計鋼卷尺、萬能角尺、卡尺13漢字、數(shù)字的字體尺寸符合規(guī)定鋼卷尺35立柱豎直度±3直尺、水平尺或經(jīng)緯儀16金屬鍍層厚度50測厚儀37基礎(chǔ)尺寸-50,100鋼尺、直尺12、外觀鑒定①標(biāo)志板是否平整，夜間在車燈照射下標(biāo)志板底色和字符是否清晰明亮、顏色均勻，是否出現(xiàn)明暗不均的現(xiàn)象；②標(biāo)志板底膜，橫向是否有拼接，拼接方式是否正確，即豎向拼接時，上膜須壓接下膜，壓接寬度不應(yīng)小于5mm。當(dāng)采用平接時，其間隙不應(yīng)超過1mm。距標(biāo)志板邊緣50mm之內(nèi)，不得有接縫。③標(biāo)志金屬構(gòu)件鍍層是否均勻、顏色一致，鍍件表面是否銹蝕出現(xiàn)漏鍍、露鐵等現(xiàn)象。④標(biāo)志面是否平整完好，無起皺、開裂、缺損或凹凸變形，標(biāo)志面任一處面積為500mm500mm表面上，不得存在總面積大于10mm2的一個或一個以上氣泡。3、標(biāo)志性能實驗標(biāo)志標(biāo)牌的性能要求區(qū)別于安全護欄力學(xué)安全性能，主要從標(biāo)志清晰可視能將信息正確傳遞給道路使用者，以便道路使用者能判斷出行駛方向等信息，從而保證高速公路行駛順暢。本文通過實驗評估反光膜等級及逆反射系數(shù)是否滿足再利用標(biāo)準(zhǔn)。逆反射系數(shù)為發(fā)光強度系數(shù)與逆反射體的表面積之比，以坎德拉每勒克斯每平方米表示()。3.17反光膜等級用目測初定，具體分級參考上表2.4所示。逆反射系數(shù)測定主要使用便攜式測定儀進行，裁取150mm*150mm的單色反光膜試樣，按JT/T690規(guī)定的比率法、替代法或直接發(fā)光強度法，測試反光膜的逆反射系數(shù)。其中逆反射系數(shù)測定過程：取出UNS手持式逆反射系數(shù)檢測儀后調(diào)整檢測儀的參數(shù)，切換到現(xiàn)場檢測一項，瞄準(zhǔn)標(biāo)志面板，以15度入射角打出白光照射，以0.2度觀測角觀測，進行實地檢測。逆反射系數(shù)檢測儀實驗過程如下圖3.16所示。圖3.16UNS手持式逆反射系數(shù)檢測儀實驗過程通過實驗過結(jié)果對比上表2.4中相應(yīng)數(shù)據(jù)，如果滿足要求則進行再次利用；否則，對支架和立柱進行材料再利用。

安全設(shè)施再利用技術(shù)高速公路現(xiàn)有安全護欄使用時間較長，早期的護欄立柱和地基土施工質(zhì)量帶來的安全問題較多，護欄整體強度偏弱，安全性能較低，不能適應(yīng)目前交通條件的需求，需要進行護欄加強措施。另一方面高速公路在改造過程中對路面進行了重新罩面，護欄板距地面高度變低，無法滿足我國目前評價標(biāo)準(zhǔn)的要求時，應(yīng)檢測改造后的波形梁護欄的防護能力。改造方案制定依據(jù)《高速公路交通安全設(shè)施設(shè)計及施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ074-94）、《公路交通安全設(shè)施設(shè)計細(xì)則》（JTG/TD81-2006）和《高速公路護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/TF83-01—2004）規(guī)定，同時結(jié)合了《高速公路改擴建設(shè)計規(guī)范》(征求意見稿)中相應(yīng)的指導(dǎo)內(nèi)容進行修改完善。護欄加高設(shè)計方案護欄高度不足問題是舊路護欄再利用主要問題之一。舊路護欄防護性能下降，護欄進行必要補強改造后使用，則護欄高度必須相應(yīng)地加高；由于我國交通運輸量迅猛增長以及高速公路“強基薄面”的特性，高速公路改擴建完成后幾年內(nèi)，可能進行路面維修罩面工程，一旦高速路面再進行大規(guī)模加鋪罩面后，使得路面抬高而護欄高度相對降低，則護欄防撞能力受其影響而降低，甚至可能不滿足其安全防護性能的要求，因此護欄加高設(shè)計就有重要的研究價值。高度可調(diào)節(jié)護欄設(shè)計本文依據(jù)《公路交通安全設(shè)施設(shè)計細(xì)則》（JTG/TD81-2006）和《高速公路護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/TF83-01—2004）規(guī)定，研究多種加高方案的優(yōu)缺點，提出一種高度可調(diào)節(jié)護欄設(shè)計方案，設(shè)計方案如下圖4.1所示圖4.1高度可調(diào)節(jié)護欄設(shè)計方案下圖4.2為依據(jù)方案制作的護欄試件，有銹蝕的內(nèi)筒為活動立柱，為美觀起見有在頂部做一套筒（見左側(cè)地面）。圖4.2高度可調(diào)節(jié)護欄外觀及內(nèi)部構(gòu)造圖本方案優(yōu)化設(shè)計主要解決：固定立柱長度、固定立柱插孔位置、移動立柱長度、插孔位置及間距、螺栓個數(shù)等基本參數(shù)，具體如圖4.2所示。數(shù)值的確定主要從以下角度考慮：（1）護欄升降范圍以道路壽命期內(nèi)15年可能的罩面高度考慮，假定每4年罩面1次，每次厚度4cm，則4年內(nèi)路面增高值16cm，當(dāng)護欄減低幅度大于50mm時，其安全性能將不能達(dá)到A級防護標(biāo)準(zhǔn)要求，因此護欄增高值在11cm（16-5=11）至20cm范圍內(nèi)才可滿足安全要求，從安全可靠性和便于操作角度考慮，最終選定護欄增高范圍為0—15cm。（3）固定立柱上設(shè)有兩個平行于護欄板方向的固定插孔，兩孔間距100mm，最上面1孔距立柱頂端100mm，原有用于固定防阻塊插孔，此時用作活動立柱與固定立柱間連接插孔，以增強立柱間連接強度，同時起到固定護欄防止相對移動作用。（4）活動立柱采用?127×5×500型，立柱直徑的選擇首先保證便于插入固定立柱，并不能留有過大縫隙，活動立柱與固定立柱間隙為：（140-2×4.5-127）/2=2mm，同時立柱直徑還應(yīng)考慮國家現(xiàn)有規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，從而降低制作費用?；顒恿⒅捎诳讖接兴档停瑸楸ＷC其抗彎強度，將壁厚增加為6mm。（5）活動立柱平行護欄方向共設(shè)有5個孔，孔與孔間距為50mm，為保證強度最下端孔距底端100mm，最上面一孔距頂端150mm。垂直護欄方向設(shè)有4個孔，孔與孔間距為50mm，最上端孔距頂端100mm，用于立柱間固定。（6）為了便于在現(xiàn)役護欄改造為高度可調(diào)節(jié)護欄，方案中固定立柱長度、規(guī)格、埋深等參數(shù)采用規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定，即采用?140×4.5×2500型立柱。（7）為美觀起見，可在增高的立柱上增加一段?140×4.5套筒。（8）其他：防阻塊、護欄板、連接路栓等與規(guī)范一致。仿真碰撞實驗碰撞車輛仿真模型本文利用LS-DYNA顯式動力分析程序，建立車輛-護欄碰撞仿真實驗?zāi)Ｐ?，驗證護欄改造方案是否滿足《高速公路護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/TF83-01–2004）中A級碰撞等級要求。本次模擬采用的是大客車為彈性體車模型（見圖4.3），車的長、寬、高分別為11200mm、2460mm、3100mm，質(zhì)量10t，重心高度1.2m。本大客車模型，通過實際拆車建立，車輛行駛系統(tǒng)按照真實車輛模型建立，保證車輛的行駛軌跡正常，模型經(jīng)校驗后符合美國NHTSA350報告和歐洲EN1317相關(guān)規(guī)定。圖4.3大客車有限元模型在圖4.3中，大客車的玻璃部分因為對仿真沒有影響，不劃分較細(xì)的網(wǎng)格，每塊玻璃只用一個單元表示。表4.1大客車模型有限元參數(shù)項目單元數(shù)量（個）節(jié)點91237殼單元93886梁單元64彈簧單元10其他55模擬采用的是小轎車為彈性體車模型（見圖4.4），車的長、寬、高分別為46000mm、1770mm、1400mm，小轎車的總質(zhì)量為1.5噸，重心高度0.64m。本小客車模型，通過實際拆車建立，車輛行駛系統(tǒng)按照真實車輛模型建立，保證車輛的行駛軌跡正常，模型經(jīng)校驗后符合美國NHTSA350報告和歐洲EN1317相關(guān)規(guī)定。轎車有限元模型總節(jié)點數(shù)量為26791個；殼單元的數(shù)量為28711個；其它單元數(shù)量9780。圖4.4小車的有限元模型護欄仿真模型護欄有限元計算模型的準(zhǔn)確而可靠建立，是一項極為重要的工作，它直接關(guān)系到計算結(jié)果的正確與否。但是汽車與護欄碰撞過程非常復(fù)雜，結(jié)構(gòu)形狀、支承邊界、載荷等存在各種不確定因素，要想原樣照搬是不現(xiàn)實的。因此就要求在建立計算模型的過程中，必須進行必要的處理和簡化，否則，這類結(jié)構(gòu)的有限元計算會變得異常困難，有時甚至是不可能的。（1）螺栓連接：螺栓兩端分別用一個剛性單元、中間用一個三維梁單元來處理；（2）立柱底端采用全約束的固定端方式模擬，護欄兩端全約束，所有焊接處都采用剛性連接；（3）路緣石：在模擬中一般不考慮它的影響；路面采用全剛性處理，不考慮變形；（4）護欄各部分材料參數(shù)根據(jù)以往試驗數(shù)據(jù)取得。經(jīng)過上述相應(yīng)處理后的有限元模型，共生成77061個節(jié)點、71856個四邊形單元。護欄模型按照1：1比例建立，立柱間距2m，護欄總長度為72m。如圖4-5和4-6所示。圖4.5護欄整體模型（a）護欄有限元模型局部放大圖（b）立柱接高和防阻塊圖4.6護欄局部模型模擬碰撞條件完成車輛和護欄的網(wǎng)格模型后，還需要定義單元特性、沙漏控制、零部件間的接觸、材料參數(shù)，添加約束條件，并定義碰撞仿真分析的一些參數(shù)，就可以提交LS-DYNA以完成仿真分析，仿真計算的碰撞參數(shù)及評價標(biāo)準(zhǔn)按照J(rèn)TG/TD81-2006規(guī)范要求定義，車輛碰撞的主要參數(shù)如表4.2所示。表4.2車輛碰撞參數(shù)車型碰撞速度（km/h）碰撞角度（°）碰撞質(zhì)量（t）碰撞能量（kJ）碰撞時間（ms）小客車100201.5----2000大客車6020101602000為了更好的顯示汽車護欄的碰撞過程及碰撞過程中汽車和護欄之間的位置關(guān)系，設(shè)定汽車護欄碰撞計算時間設(shè)為2秒，利用E755雙CPU處理器和4G內(nèi)存的dell臺式電腦上，大客車和小車計算工作分別為75、50個小時可以完成一次碰撞試驗。因為汽車護欄碰撞過程涉及的控制參數(shù)和偶然因素較多，為了對碰撞仿真過程進行全面研究，需要參照以往經(jīng)驗進行多次試算，以得到精確合理的仿真結(jié)果。通過數(shù)十次不同參數(shù)情況下的試算，花費機時約2000小時，終于得到了較好的與實際情況相吻合的仿真計算結(jié)果。仿真結(jié)果顯示，在碰撞過程中車輛沒有穿越、翻越、騎跨、下穿護欄。大客車碰撞仿真過程車輛碰撞護欄后，車輛沒有穿越、翻越、騎跨、下穿護欄；駛出角度為8.6o，小于駛?cè)虢嵌鹊?0%；碰撞后車輛行駛姿態(tài)正常（圖4.7）；車輛前部與護欄接觸長度8m；無護欄立柱被撞斷及主要部件出現(xiàn)散落現(xiàn)象（圖4.9）；護欄最大變形為755mm（圖4.10），波形板展開現(xiàn)象明顯，無斷裂（圖4.8）；加速度10ms均值的峰值為2.51g（圖4.11）；車輛碰撞護欄后左前角變形，保險杠損壞，行駛系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)完好，車架縱梁、前后橋完好，車頂棚、輪胎完好。圖4.7大客車與碰撞過程前視圖圖4.8護欄變形側(cè)視圖俯視圖圖4.9碰撞后破壞最嚴(yán)重立柱形態(tài)（兩個視角）圖4.10護欄變形時程曲線圖4.11加速度時程曲線小客車碰撞仿真車輛碰撞護欄后，車輛沒有穿越、翻越、騎跨、下穿護欄；駛出角度為5.1o（圖4.12），小于駛?cè)虢嵌鹊?0%；碰撞后車輛行駛姿態(tài)正常；車輛前部與護欄接觸長度2m；無護欄立柱被撞斷及主要部件出現(xiàn)散落現(xiàn)象（圖4.13，4.14）；護欄最大變形為425mm（圖4.15），波形板展開現(xiàn)象明顯，無斷裂；加速度10ms均值的峰值為8.75g（圖4.16），車輛碰撞護欄后左前角變形嚴(yán)重，前橋及保險杠受損，左前輪損壞嚴(yán)重，車頂棚、輪胎完好，車架縱梁、后橋完好，左前輪受損嚴(yán)重。圖4.12小汽車與護欄碰撞過程前視圖圖4.13護欄變形圖4.14碰撞后破壞最嚴(yán)重立柱形態(tài)側(cè)視和俯視截圖圖4.15護欄變形時程曲線圖4.16加速度時程曲線碰撞仿真試驗結(jié)果《高速公路護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/TF83-01–2004），碰撞仿真試驗結(jié)果驗證高度可調(diào)節(jié)護欄，滿足A級碰撞等級要求，評價結(jié)果匯總?cè)缦卤?.3：表4.3碰撞仿真試驗評價結(jié)果檢測參數(shù)評價指標(biāo)大客車小客車標(biāo)準(zhǔn)要求防撞性能護欄應(yīng)能夠有效地阻擋車輛，禁止車輛任何形式的穿越、翻越、騎跨、下穿護欄有效阻擋車輛有效阻擋車輛滿足在碰撞過程中護欄組件、碰撞碎片或其他碰撞物不能侵入駕駛室內(nèi)及阻擋駕駛員視線護欄未破損護欄未破損滿足駛出角度車輛的駛出角度小于碰撞角度的60%8.6°5.1°滿足車輛行駛狀態(tài)碰撞后車輛應(yīng)保持正常行駛姿態(tài)，不發(fā)生橫轉(zhuǎn)、掉頭等現(xiàn)象碰撞后車輛行駛姿態(tài)正常碰撞后車輛行駛姿態(tài)正常滿足最大變形護欄最大變形量小于或等于1000mm755mm425mm滿足車體加速度車體10ms平均值的最大值不得大于20g2.51g8.75g滿足安全護欄補強方案現(xiàn)有護欄補強技術(shù)研究1、“8”字形波形梁護欄廣東省路橋建設(shè)發(fā)展有限公司和北京中路安交通科技有限公司根據(jù)護欄防護能力和再利用目標(biāo)要求，在京珠南高速公路改擴建中開發(fā)了“8”字形波形梁護欄結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)主要形式是將兩個舊護欄板進行正面疊加（即原波形梁板正反對拼），使用緊固件將護欄板緊固，再與加長防阻塊進行固定的波形梁組合形式。如下圖4.17所示。圖4.17“8”字形波形梁試驗護欄結(jié)構(gòu)圖和效果圖圖4.18“8”字形波形梁試驗護欄實際碰撞圖“8”字形波形梁護欄結(jié)構(gòu)方案優(yōu)點：充分利用原有護欄材料，增加了護欄的剛度，施工簡便。該措施存在的主要缺陷：①后側(cè)反向拼接的波形梁板，導(dǎo)致前側(cè)護欄板前移85mm，規(guī)范明確要求護欄板不能侵占路面行車空間，因此限制了此形式護欄的使用范圍；②兩片梁之間不能緊密接觸，只在梁的內(nèi)凹處和梁的邊緣發(fā)生接觸，這樣不利于碰撞力在兩片梁間的有效、穩(wěn)定傳遞，力學(xué)狀況復(fù)雜；③反向拼接的方法導(dǎo)致內(nèi)側(cè)梁與外側(cè)梁不能協(xié)同展開變形吸收能量，從圖4.18可以看出，外側(cè)梁發(fā)生了波形展開變形，而內(nèi)側(cè)量只是縱向的彎曲，而未展開變形。④兩片梁的反向拼接形成軸心距較大的受彎截面，使梁的剛度過大，從圖4.18可以看出碰撞過程中護欄側(cè)向變形量很小，這樣對乘員的安全性十分不利。⑤雖然能充分利用舊護欄，但雙層護欄板造價較高，護欄維護費用較高，而且不利于在使用中與新規(guī)范的接軌。2、雙波梁護欄上下層結(jié)構(gòu)河北省石安高速公路和北京深華達(dá)交通工程檢測有限公司聯(lián)合進行的《石安高速公路護欄改造研究》提出雙波梁上層結(jié)構(gòu)補強的措施。其提出的護欄補強的主要措施有：方案一、在護欄板上方加一圓形或方形橫梁，如下圖4.19所示。圖4.19護欄板上方加一圓形或方形橫梁補強方案方案二、在護欄板上方新加一層護欄板，此方案主要結(jié)合護欄高度嚴(yán)重不足的護欄實施，在舊護欄立柱中間增加加高立柱，并在加高立柱上增設(shè)一層護欄板。《石安高速公路護欄改造研究》課題組在研究中，重點對雙層護欄板方案進行深入分析，并對該方案進行了碰撞模擬試驗和實車碰撞試驗結(jié)果，結(jié)果顯示對大車進行了有效攔截，符合碰撞標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定。護欄模擬碰撞和實車碰撞結(jié)果如下：圖4.20雙層護欄板模擬碰撞和實車碰撞結(jié)果上述方案存在的不足主要為：①雙層護欄板約束駕駛員視野范圍，與路側(cè)景觀不協(xié)調(diào)，影響服務(wù)質(zhì)量；同時造成視覺的局促感，易造成駕駛疲勞，影響行車安全；②兩層護欄板之間只依靠立柱和連螺栓連接，不能有效進行碰撞力的傳遞，護欄與立柱的脫離；③兩層護欄板雖然攔截空間變大，但兩護欄板在碰撞中不能協(xié)同受力，易造成兩護欄板變形不一致，影響護欄的導(dǎo)向性能，增加對車輛的危害。從碰撞結(jié)果來看，大型車碰撞后，車輛左前輪爆胎，左前懸掛損壞，制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)損壞，見圖4.20；④若下層為高度不足舊護欄板，車輛碰撞點上移，下層護欄板與上層護欄板變形不一致，反而造成下層護欄板形成坡面與輪胎接觸，造成車輛攀升；⑤上層護欄板頂緣距路面1160mm，遠(yuǎn)大于規(guī)范規(guī)定的755mm，相當(dāng)于護欄增高了405mm，增高的部分可能以超出車輛碰撞點的有效范圍，是否造成資源浪費值得商榷；⑥規(guī)范中護欄板中心到路緣石頂面的高度為600mm，護欄板中心區(qū)域是大部分車輛的主要碰撞區(qū)域和碰撞發(fā)生時最有效攔截區(qū)域，而上述雙側(cè)護欄板方案，從路緣石頂面到兩層護欄板間隙的距離為615mm，間隙寬度50mm，即車輛主要碰撞區(qū)域恰為兩層護欄板間隙，因此對車輛十分不利。⑦費用較高，不僅需要增加一層護欄板，還需要對立柱進行加高改造。圖4.21雙層護欄板碰撞后立柱和車輛情況V型內(nèi)襯護欄片補強結(jié)構(gòu)本文總結(jié)上述兩種結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點基礎(chǔ)上，本著安全、經(jīng)濟、簡便的原則，提出V型內(nèi)襯護欄片補強結(jié)構(gòu)，即在護欄與防阻塊之間加固單波護欄片，此種補強結(jié)構(gòu)波形梁長度重量是規(guī)范中4mm厚波形梁板的3×(1+1/2)/4=9/8倍，護欄補強板的寬度約占原波形梁寬度的1/2，起增強護欄板中心區(qū)域剛度和防撞強度作用。如下圖4.22所示。補強板拼裝示意圖護欄補強板圖4.22內(nèi)襯單波護欄片補強結(jié)構(gòu)本文利用LS-DYNA顯式動力分析程序，建立車輛-護欄碰撞仿真實驗?zāi)Ｐ?，對V型內(nèi)襯護欄片補強結(jié)構(gòu)護欄防撞性能進行研究。車模型采用第4.1.2節(jié)中大客車模型，補強護欄模型如下圖4.23和4.24所示。圖4.23補強護欄仿真模型圖4.24補強護欄仿真模型局部放大圖3、碰撞過程仿真依照我國《高速公路護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/TF83-01-2004）和《公路交通安全設(shè)施設(shè)計細(xì)則》（JTG/TD81-2006）中A級防撞等級關(guān)于碰撞條件的規(guī)定，大客車碰撞速度取為60km/h，大客車質(zhì)量為10t，碰撞角度為20o，以160KJ的碰撞能量在2000ms時間內(nèi)進行碰撞仿真模擬。如大客車與碰撞過程下圖4.25-4.29所示。車輛碰撞護欄后，車輛沒有穿越、翻越、騎跨、下穿護欄；駛出角度為8.9°，小于駛?cè)虢嵌鹊?0%，碰撞后車輛行駛姿態(tài)正常，如圖4.25和圖4.26；護欄最大變形為735mm（見圖4.27），波形梁與補強板同時展開變形，波形梁整體未斷裂，原波形梁板在補強板上緣處出現(xiàn)8cm裂口（見圖4.28）；車輛碰撞護欄后左前角變形，保險杠損壞，行駛系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)完好，車架縱梁、前后橋完好，車頂棚、輪胎完好。圖4.25大客車與碰撞過程前視圖圖4.26車輛駛出角度圖4.27護欄變形圖4.28側(cè)視圖圖4.29護欄變形時程曲線4、仿真及結(jié)果分析參照《高速公路護欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》（JTG/TF83-01–2004），實車碰撞試驗結(jié)果證明活動立柱式高度可調(diào)節(jié)護欄，滿足A級碰撞等級要求，評價結(jié)果匯總?cè)缦卤?.4。表4.4碰撞仿真試驗評價結(jié)果檢測參數(shù)評價指標(biāo)大客車標(biāo)準(zhǔn)要求防撞性能護欄應(yīng)能夠有效地阻擋車輛，禁止車輛任何形式的穿越、翻越、騎跨、下穿護欄有效阻擋車輛滿足在碰撞過程中護欄組件、碰撞碎片或其他碰撞物不能侵入駕駛室內(nèi)及阻擋駕駛員視線護欄未破損滿足駛出角度車輛的駛出角度小于碰撞角度的60%8.9°滿足車輛行駛狀態(tài)碰撞后車輛應(yīng)保持正常行駛姿態(tài)，無橫轉(zhuǎn)、掉頭等現(xiàn)象碰撞后車輛行駛姿態(tài)正常滿足最大變形護欄最大變形量小于或等于1000mm735mm滿足車體加速度車體10ms平均值的最大值不得大于20g3.6g滿足內(nèi)襯單波護欄片補強結(jié)構(gòu)優(yōu)點：充分利用原有護欄材料；補強板增加護欄板中心區(qū)域剛度及防撞強度碰撞過程中有利于護欄板和立柱間以及立柱與立柱間的受力傳遞；護欄補強板設(shè)計尺寸與舊護欄一致，可以與新護欄板配合使用，可用新護欄更換損壞的舊護欄。安全護欄再利用修復(fù)技術(shù)經(jīng)過上述護欄再利用性能評價和護欄補強