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单坡面混凝土桥梁中分带护栏安全性能分析

文档作者：闫书明李康全荆坤马亮唐键陈翔云文档来源： 1．北京中路安交通科技有限公司 2．湖南永蓝高速公路有限公司，湖南永州425000； 3．中交公路规划设计院有限公司		点击数：	更新时间： 2024年02月21日
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第35卷，第6期
2 0 1 0年1 2月
公 路 工 程
Highway Engineering
Vo1．35，No．6
Dec． ，20 1 0
单坡面混凝土桥梁中分带护栏安全性能分析
闫书明 ，李康全 ，荆 坤 ，马 亮 ，唐 键 ，陈翔云
(1．北京中路安交通科技有限公司，北京 100071； 2．湖南永蓝高速公路有限公司，湖南永州425000； 3．中
交公路规划设计院有限公司，北京 100088)
[摘要]为将单坡面混凝土路基段中分带护栏应用于桥梁上，给出设计方案，运用计算机仿真和实车碰撞试
验相结合的方法对其安全防护性能进行分析。结果表明，桥梁段中分带护栏防撞性能高于经试验验证的路基段护
栏，各项指标满足评价标准要求，防撞能力达到SAm级400 kJ以上，同时桥梁段护栏对基础嵌固依赖性小，更加可
靠。可见桥梁段单坡面护栏满足安全防护需求，可以在实际工程中应用。
[关键词]护栏；碰撞实验；有限元；计算机仿真；安全评价
[中图分类号】u 417．1 2 [文献标识码]A [文章编号]1674—0610(2010)06-0054—05
Safety Evaluation of Single Slope Concrete Bridge Barrier
YAN Shuming ，LI Kangquan ，JIN Kun ，M A Liang ，TANG Jian ，CHEN Xiangyun
(1．Beijing Zhongluan Trafic Technological Co．，Ltd Beijing 100071，China； 2．Hunan Yonglan Expre—
ssway Co．，Ltd Yongzhou，Hunan 425000，China； 3．CCCC Highway Consultants Co．，Ltd Beijing
100088，China)
[Abstract]In order to apply single slope concrete median subgrade barrier to bridge segement，de—
sign schemes were brought out and safety evaluation were done on bridge barrier based on computer simulation
and real vehicle impact test．The results indicate that the safety performance of bridge median barrier
is much better than that of subgrade barrier which has been porved by phsical test，the crashworth·
ness class of bridge barrier meet SAm which able to hold on 400kJ impact energy for every index meet the
evaluation requirements，and the bridge barrier is much reliable for less dependence to built—in base—
ment．Research results have concludes the bridge barrier can be applied in project for it meets safety re—
quirement．
[Key words]Barrier；Impact test；Finite Element Method；Computer Simulation；Safety Evalua—
tion
中分带护栏作为一种重要交通安全设施，在防
止车辆穿越中分带与对向车辆碰撞方面发挥了重要
作用⋯ 。某路基段中分带护栏采用单坡面素混凝
土结构，具有施工方便、造价低廉、维修养护费用低
等诸多优点，经实车足尺碰撞试验验证该护栏具备
SAm级400 kJ的防护能力。为了将该护栏形式应
用于桥梁段，需对护栏基础和结构进行改进，更需要
对改进护栏的安全防护性能进行分析论证，确保其
防护能力不低于SAm级400 kJ。
提出单坡面混凝土中分带护栏桥梁段设置方
案，建立有限元仿真模型，结合碰撞试验，对其安全
防护性能进行分析。
1 碰撞条件与防撞指标
护栏的碰撞条件包括车型、车重、碰撞速度和碰
撞角度四大因素-z“ ，用来对护栏的安全防护性能
进行评价。护栏的安全防护性能主要包括防撞性能
指标和乘员风险指标。小型车辆质量小且运行速度
高，所产生的冲击加速度较大，易对乘员形成严重伤
害，因此采用小型车碰撞主要对护栏的乘员风险指
标进行评价；大型车质量大，对护栏的损坏大，因此
采用大型车碰撞主要对护栏的防撞性能进行评价。
混凝土护栏的乘员风险指标主要和坡面形式有关，
由于该部分研究较为成熟 “ ，这里仅对单坡面混
[收稿日期]2010—06—21
[作者简介】闰书明(1976一)，男，山东德州人，硕士，工程师，主要从事交通安全设施研发。
第6期 闫书明，等：单坡面混凝土桥梁中分带护栏安全性能分析 55
凝土护栏的防撞性能进行研究。
根据规范规定SAm级护栏的碰撞条件为：速度
为80 km／h的14 t大客车以20度角碰撞护栏 。
根据规范 ，确定防撞性能评价指标为：试验
车辆不得穿越、翻越、下穿护栏，护栏碎片不得侵入
驾驶室及阻挡驾驶员视线；试验车辆驶出角度小于
碰撞角度的60％ ；碰撞后车辆恢复到正常行驶姿
态，不发生横转、掉头、翻车等现象；混凝土刚性护栏
最大动态变形小于0．1 m。
2 路基段护栏
2．1 护栏结构
图1为单坡面混凝土护栏示意图。护栏顶部距
路面以上96 cm，底部两侧通过混凝土预制块嵌固
深度为10 cm，坡面高度为81 cm；顶面宽度为
20 cnl，底面宽度50 cm；混凝土标号为c 单坡面
混凝土护栏的设计防撞等级为SAm级。
图1 单坡面混凝土护栏
Fig 1 Sketch of single slope concrete barrier
2．2 碰撞试验
试验护栏模型长48 m，试验车辆为大型客车，
其结构尺寸为10．8 m长x 2．5 m宽X 2．7 m高，车
辆自重9．7 t，配重至14 t。图2为碰撞试验模型。
(a)试验车辆 (b)试验护栏
图2 试验模型
Fig 2 Test model
图3为按试验条件组织的碰撞试验结果，可见
试验车辆没有穿越、翻越、下穿护栏，护栏碎片没有
侵入驾驶室及阻挡驾驶员视线；试验车辆驶出角度
接近0度，小于碰撞角度的60％ ；车辆驶出护栏后
恢复到正常行驶姿态，没有发生横转、掉头、翻车现
象；护栏表面留有大面积的刮擦痕迹，出现通长的裂
纹，但最大动态变形小于0．1 m。可见大客车碰撞
护栏各项指标均满足评价标准的要求，具备400 kJ
的防撞能力，防撞等级达到SAm级。
(a)碰撞试验过程
(b)护栏变形 (c)混凝土裂纹
图3 碰撞试验
Fig 3 Impact test
3 桥梁段护栏设计
图4为桥梁段单坡面混凝土护栏设计方案。根
据护栏基础嵌固深度不同，设计了2种方案：方案1
适用于嵌固深度大于15 cm的护栏基础，方案2适
用于嵌固深度为10 cm 的护栏基础；2种方案的护
栏墙体以经过试验的护栏结构为基础，通过配筋加
强，以增强其整体受力性能；2种方案均通过搭板设
置在桥梁翼板上，方案1由于嵌固深度大于15 cm，
搭板采用钢筋混凝土结构，方案2由于搭板厚度仅
为10 cm，采用槽钢混凝土结构来增强搭板的抗弯
强度。
由于墙体结构、基础形式、护栏墙体嵌固部分两
侧结构、基础宽度与试验护栏有所不同，需要对两种
桥梁单坡面混凝土护栏安全防护性能进行分析。
4 桥梁段护栏防撞性能分析
通过建立路基段和桥梁段护栏有限元仿真模
型，运用定性对比的方法对嵌固基础桥梁段护栏防
56 公路工程 35卷
磊
搭板 『f 1|
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(a)方案1
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图4 桥梁段单坡面混凝土护栏
Fig 4 Single slope concrete barrier at bridge segement
撞性能进行分析；另外建立平摆浮搁模型，对基础最
不利条件下桥梁段护栏的安全防护性能进行分析。
4．I 碰撞模型
利用HYPERMESH软件，按1：1比例建立车辆
和护栏的LS-DYNA有限元仿真模型。
为获得精确的车辆几何尺寸，采用拆车方法建
立车辆有限元仿真模型。由于车身结构主要是薄壁
金属件，单元类型以擅长大变形的四边形单点积分
壳单元为主。为获得良好单元质量，控制碰撞区域
的四边形单元翘屈度小于l5。，长宽比小于4，最大
角小于135。，最小角大于45。，三角形单元的数量在
5％ 以内，最小特征长度控制在5 mm左右。车身各
部分主要采用点焊连接，车门和车体通过铰接点单
元连接。对于护栏结构，混凝土和槽钢采用六面体
单元模拟，钢筋结构采用梁单元模拟，碰撞区单元翘
屈度小于5。，长宽比小于2，最大角小于120。，最小
角大于60。，最小特征长度控制在10 mm左右。
图5为建立的车辆模型。
图5 车辆模型
Fig 5 Vehicle models
4．2 嵌固基础护栏防撞性能
图6为嵌固基础护栏模型，用于对正常工况
图6 嵌固基础护栏模型
Fig 6 Barrier model with built—in basement
下护栏安全防护性能进行分析。
图7为嵌固基础护栏仿真计算结果：路基段护
栏仿真结果与前述碰撞试验结果相一致，验证了仿
真模型的可靠性；车辆碰撞3种护栏行驶轨迹几乎
相同，没有穿越、翻越、下穿护栏，护栏碎片没有侵入
驾驶室及阻挡驾驶员视线；车辆驶出角度接近0。，
小于碰撞角度的60％ ；车辆驶出护栏后恢复到正常
行驶姿态，没有发生横转、掉头、翻车现象；路基段护
栏表面仿真结果出现大面积的刮擦痕迹，护栏结构
出现了通长裂纹，两种桥梁护栏刮擦受损程度减少，
裂纹消失，搭板也未出现结构破坏等现象，3种护栏
的最大动态变形量均小于0．1 m。可见桥梁护栏相
对于已通过碰撞试验验证的路基段护栏结构强度明
显增强，防撞能力在SAm级400 kJ能量以上。
4．3 基础最不利护栏防撞性能分析
图8为平摆覆搁护栏模型，用于对基础最不利
条件下护栏安全防护性能进行分析。
图9为平摆浮搁模型碰撞结果：路基护栏由于
第6期 闰书明，等：单坡面混凝土桥梁中分带护栏安全性能分析 57
霍 ‘：0．12 s l=0．34
(aj碰撞仿真过程
(b)护栏变彤
(c)护栏应力
图7 嵌固基础护栏仿真结果
Fig 7 Simulation results of barrier model with built·in basement
图8 平摆覆搁护栏模型
Fig 8 Barrier model without built·in basement
图9 平摆覆搁护栏模型仿真结果
Fig 9 Simulation results of barrier model without built—in basement
基础嵌固出现断裂和倾覆现象，不满足安全防护要
求；桥梁护栏由于配筋和刚性底板整体性能明显加
强，防护性能没有受到明显影响，仍具有SAm级防
撞等级。
58 公路工程 35卷
(上接第28页)
表1为某选址问题中，影响选址的可达性因素
及其权重。
表1 影响选址的可达性因素及其权重
Table 1 Factors of accessibility and their weights
affecting location selection
可达性主要影响因素 权重 可达性主要影响因素 权重
交通枢纽0．15 道路等级0．1
土地价格0．2 旅行时间0．1
土地规模0．1 舒适度0．05
土地开发强度0．1 拥堵情况0．05
区位吸引力0．15
5．4 算例应用
某城市有6个小区(城区中心)的坐标和客运
需求量(见表2)。
表2 6个小区的数据
Table 2 The data of 6 zones
根据重心法，得到迭代计算结果见表3。
表3 迭代计算的结果
Table 3 The results of the iterative calculation
对于以上选址方案，考虑到影响城际轨道交通
枢纽选址的可达性因素及其权重，进行综合评定
(见表4)。
表4 评价情况
Table 4 Evaluations
根据表4，计算出各方案的评价值为：
CA=0．339，CB=0．465，Cc=0．305
因此，根据可达性因素的综合分析，3个城际轨
道交通枢纽选址方案中址排位第l，址排位第2，址
排位第3。
6 结论
通过对可达性的分析，构造了在交通情况、区位
条件等因素约束下，综合考虑城际轨道交通枢纽在
区域交通网络中的可达性指标的城际枢纽选址模
型，以实现城际轨道交通枢纽的选址分析的定性和
定量相结合，是一种可行的、全面、合理的选址方法。
[参考文献]
[1] 裴欣．基于步行可达性的公共服务设施布局优化研究[D]．
清华大学硕士学位论文，2007．
[2] 罗铭．城市交通与土地利用互动关系研究[D]．北京工业大
学博士学位论文，2008，10．
[3] 孙焰．现代物流管理技术—— 建模理论及算法设计[M]．上
海：同济大学出版社，2004．
[4] 刘国龙，吴小萍，孟详定．基于分层模糊法的城市轨道交通规
划优化决策研究[J]．公路工程，2008，33(1)：44—47．

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