1、第三章 交通安全设施设计第一节章 安全护栏为什么要设置护栏？一、基本概念1、路侧安全距离从行车道硬路肩外边缘至车辆回复轨迹横向最远点的距离称为路侧安全距离 2、危险物 在路侧安全距离之内的障碍物称为危险物。对越出路外车辆构成危险的路侧构造物(包括窄的中央分隔带、路堤、路堑边坡、护栏、防撞垫、路缘石、标志柱、树木、排水沟、挡土墙等)统称为路上危险物。 广义地讲平曲线半径小于设计标准的曲线外侧半径，也称为路上危险物。 减少车辆碰撞路上危险物的措施依次为：消除可移走的所有路上危险物；把路侧危险物移至满足安全要求的道路侧向净宽以外把遗留的路上危险物设计成解体消能结构用护栏保护3、事故严重度 事故严重度
2、是衡量一定质量的车辆以一定的碰撞条件(碰撞速度和碰撞角度)越出路外和(或)碰撞路侧危险物造成事故的后果或严重程度的指标。它是对事故造成财产损失、伤亡程度的综合评价值。 3、事故严重度 SI=（24h+6I+p）/N式中： h某条件下发生死亡的事故属 I-某条件下受伤的事故树 P-某条件下仅财产损失的事故数 N-某一条件下事故的总数构造物名称SI构造物名称SI护栏3.9桥墩/桥台4.6桥梁端头5.3标志柱3.8树木4.8排水沟4.2电线杆4.5二、护栏的分类与代号1 护栏的种类按护栏构造形式分类按护栏设置位置分类半刚性护栏刚性护栏柔性护栏路侧护栏中央分隔带护栏桥梁护栏按断面的形式分类护栏标准段护
3、栏过渡段护栏渐变段护栏端头2、护栏的代号（1）、护栏构造形式代号Gr波形梁护栏Grb有防阻块的波形梁护栏Grd组合型波形护栏Gc缆索护栏Gw混凝土护栏Gwb基本型混凝土护栏Gwm改进型混凝土护栏（2）、防撞等级代号A路侧A级S路侧S级Am中央分隔带A级Sm中央分隔带S级2、护栏的代号（3）、埋设条件代号E埋设于土中Em中央带混凝土护栏，嵌锁在基层中E1路侧混凝土护栏，埋置在基层中E2路侧混凝土护栏，与下部构造物连接B埋设于混凝土基础中R混凝土护栏通过传力钢筋与基础连接埋设条件代号防撞等级代号构造形式代号埋设于土中中央分隔带A级组合型波形梁护栏（4）、标注方法 通式： 示例：GrdAmEAAA2
4、、护栏的代号桥梁护栏的代号由构造形式代号、防撞等级代号、埋设条件代号三部分组成。构造形式代号：Bp梁柱式护栏Rcw钢筋混凝土墙式护栏Cm组合式护栏防撞等级代号：PL1一级PL2二级PL3三级埋设条件代号：B埋设于混凝土中Fp桥梁护栏通过法兰盘与桥面板连接R混凝土桥梁护栏通过传力钢筋与桥面板整体连接三、护栏的构造1、波形梁 路侧波形梁护栏的横断布设，不应使护栏面侵入公路建筑限界以内，并不得使护栏立柱外侧的侧向土压力明显减小。立柱外边缘到路肩边缘的最小距离规定为：当土路肩宽度为75cm时，不应小于25cm；当土路肩宽度为50cm时，不应小于14cm 。圆头式端头结构图（无防阻块、圆形立柱）尺寸单位
5、：cm2、端头圆头式端头，在护栏起点与标准段护栏之间通过渐变段连接起来。渐变段一般设计成抛物线形，立柱位置逐渐外移，立柱高度不变，其间距在端头附近加密为2m，采用混凝土基础，加索端锚具，这种处理办法称为端部斜展，端梁为圆头。 注意：种端头国外使用较普遍，因为制造容易，安装方便，在碰撞角度小的情况下有较好的导向功能。如果失控车辆与端头正面相碰，有可能发生护栏板穿透车箱的事故。 圆头式端头结构图（有防阻块、圆形立柱）尺寸单位：cm 圆头式端头结构图（无防阻块、槽形立柱）尺寸单位：cm圆头式端头结构图（有防阻块、槽形立柱）尺寸单位：cm地锚式端头结构图（无防阻块、槽形立柱）尺寸单位：cm这种端头通过
6、斜角梁逐渐伸向地面，在端部用混凝土基础锚固。地锚式端头在失控车辆正面碰撞时，车辆会沿斜置波形梁爬上而吸能。侧面碰撞时，同样具有较好的导向功能。 地锚式端头结构图（有防阻块、槽形立柱）尺寸单位：cm地锚式端头结构图（无防阻块、槽形立柱）尺寸单位：cm 地锚式端头结构图（有防阻块、槽形立柱）尺寸单位：cm 护栏端头，在迎行车方向的上游和顺行车方向的下游有不同的处理方法。上面介绍的端头处理方法均指迎行车方向的上游。致于下游方向的端头，一般均按圆头端梁处理。车辆行至下游端头处，护栏设置已结束，应该说路侧的危险性已不大了。3、防阻块1）防阻块本身就是一个吸能机构，因此，可以使护栏在受到碰撞后逐渐变形，有
7、利于能量吸收，减少乘员伤亡；2）防阻块固定在立柱与波形梁之间，使波形梁从立柱上悬置出来。失控车辆一旦与护栏发生碰撞，不会因为波形梁紧靠立柱，而使前轮在立柱处绊阻；3）防阻块参与护栏整体作用后，可以使碰撞力分配到更多跨结构上，从而使护栏受力更加均匀，使护栏的碰撞轨迹比较圆滑，有利于车辆的导向和增加护栏的整体强度。4）有路缘石路段设置防阻块护栏时，可使波形梁与缘石面的距离减小，减轻甚至消除由于失控车辆碰到缘石后跳起产生对护栏的不利影响。端头的新发展 目前，国外在路侧护栏端头研究开发方面，又有不少新的成果，美国新研制的ET-2000端头，有几项比较特殊的设计，如：护栏端部挤压器，端部是一平面，装有两
8、个橡胶缓冲器，这样可以减轻车辆冲撞能量。在靠车道外侧方向，开有护栏挤出槽，一旦车辆在端头处发生碰撞，则护栏板就会在槽中被挤出，同时波形展开，卷曲，吸收能量。ET-2000端头的8根立柱，均设计成解体消能柱，在碰撞荷载作用下，很容易被切断。前端4根立柱设有钢套管，很容易修复。第一根立柱与第二根立柱之间设有斜撑和端头锚固索。路侧护栏端头的另一新发展是把端护栏板改用三波梁，这样不但增加倾斜、防止护栏板插入车箱。护栏立柱设计成滑座式，塑料圆头，以便更好地吸收能量。四、护栏的维护 一种可抽换式道路安全护栏装置已在国内获得专利（专利号90207012.6）。该装置适用于圆形立柱，用铸钢制造，外基座埋于混凝
9、土中，内套管通过螺栓与外基础连成一体，护栏立柱插入内套管中，螺栓拧紧后，内套管就会把立柱抱死。一旦发生碰撞，立柱弯曲变形，只要把螺栓拧松，即可轻易把立柱拔出、更换。 五、护栏的设计1、护栏的作用刚性护栏是一种基本不变形的护栏结构。混凝土护栏是刚性护栏的主要形式，它是一种以一定形状的混凝土块相互连接而组成的墙式结构，它利用失控车辆碰撞其后爬高并转向来吸收碰撞能量。半刚性护栏是一种连续的梁柱式护栏结构，具有一定的刚度和柔性。波形梁护栏是半刚性护栏的主要代表形式，它是一种以波纹状钢护栏板相互拼接并由立柱支撑而组成的连续结构，它利用土基、立柱、波形梁的变形来吸收碰撞能量，并迫使失控车辆改变方向。柔性护
10、栏是一种具有较大缓冲能力的韧性护栏结构。缆索护栏是柔性护栏的主要代表形式，它是一种以数根施加初张力的缆索固定于立柱上而组成的结构，它主要依靠缆索的拉应力来抵抗车辆的碰撞，吸收碰撞能量。2、护栏的功能1）阻止车辆越出路外，对于中央分隔带护栏而言，它阻止车辆穿越中央分隔带闯入对向车道；同时，还要防止车辆从护栏板下钻出，或将护栏板冲断；2）护栏应能使车辆回复到正常行驶方向；3）发生碰撞时，对乘客的损伤为最小程度；4）能诱导驾驶员的视线。 强度和刚度大刚度不要太大刚度不要太大 安全护拦的设计要旨，可以说就在于找出这两者间矛盾的调和点。 3、国外护栏的设计以日本的护栏为例，根据不同道路的设计条件可分为A
11、、B、C、S四类。A类适用于高速公路、汽车专用公路及特别重要的国道；B类适用于主要国道，重要的地方道路，及城市重要道路；C类适用于其它道路；S类适用于与铁道或居民住宅靠近的区段（属强化型）。车重按14t考虑，碰撞速度按设计速度60%考虑，碰撞角度采用15。 而美国和一些欧洲国家，考虑的车重虽比日本要小，但采用的碰撞速度和碰撞角度均比日本的要大，因此，从垂直作用于护栏的碰撞能量来看，日本和欧美国家大体上处于同一水平上。 3、国外护栏的设计碰撞能量E可按下式计算：一些国家的护栏设计条件一些国家的护栏设计条件国家碰撞车质量(t)碰撞速度(km/h)碰撞角度()垂直作用于护栏的能量(J)日本14608
12、0151.31052.3105美国296251.3105英国1.5113208.8104法国1.2580801002030203.61047.71045.71043.512.038.08070703020202.21052.71058.4105荷兰0.52.03.510.0120856020203.21041.31051.11051.6105德国1.010.01007020204.51042.3105意大利1.5113208.8104瑞典2.096251.3105中国10608015159.31041.7105从保护乘客尽可能减少损伤的角度考虑，希望把护栏设计得不要太刚，护拦的刚柔程度是以汽车
13、碰撞护栏时产生的加速度来衡量的，一旦汽车失控越出路外而被护栏阻挡时，不但对车体，而且对乘车人员均作用冲击减速度。当遭到某种减速度时，人体会受到某种程度的伤害。美国建议的最大加速度值如表乘员约束条件最大加速度侧向行进方向合成值无约束情况3g5g6g腰带式安全带5g10g12g三点式安全带15g25g25g根据日本防护栅设置纲要中的规定，护栏设计应达到防止被14t车辆的冲破，和3.5t车辆的加速度在4g以下的条件，但对于小于2t的小汽车，其最大加速度就会超过表3.1.1-2的建议值，而必须系安全带才能承受。3.1、道路条件 第一、 我国公路的几何线形，按公路工程技术标准（JTJ01-88）中对汽车
14、专用公路的技术指标衡量，应该说与发达国家的公路技术标准相差不多。问题在于我国的高速公路、汽车专用公路起步较晚，修筑的里程不多，经验较少，因此，在具体的线形设计技巧上难免有处理不当的地方。特别在高速行车的条件下，如何保证线形设计的高质量，如何使平纵线形很好组合，并与周围景观能够协调，使得驾驶人员的视觉保持连续性，能使驾驶人员的视觉与心理反应保持均衡，确保行驶的舒适感和安全感。要想做到以上这些，除要求设计者具有丰富的经验外，还需要具有一定的技术手段加以保证，例如动态显示的模拟驾驶器者具有丰富的经验外，还需要具有一定的技术手段加以保证，例如动态显示的模拟驾驶器等。我国目前还不具备这样的设计手段。 3
15、、公路护栏设计考虑的因素3.1、道路条件 第二、另外，在一些设计参数的取值方面也有我国的特点。由于我国人口众多，土地宝贵，高等级公路的边坡取值偏陡，也就是说，相对地增加了路侧的危险性，在商品经济比较发达的地区，修建高速公路的呼声很高，但往往会遇到沿线村镇密集，下穿通道很多的问题。通道多，就意味着要抬高路堤高度，相对地增加了路侧的危险性。除了路堤高度比较高，边坡比较陡以外，中央分隔带、路缘带、路肩等的宽度，与国外标准相比也偏向下限值。特别是中央分隔带的宽度，应尽可能的宽一些，这对防止对向车灯眩目，防止越过中央分隔带与对向车辆迎头相撞的重大事故的发生是有利的。适当增加路缘带和硬路肩的宽度也是必要的
16、，它可为临时发生故障的车辆提供紧急停车的场地；为驾驶者偶尔需要查阅路线图、休息或其它目的停车而提供场地；为躲避潜在的事故，或减轻事故的严重性而提供必要的回旋余地；增加侧向余宽可以改善视距，有助于行车的舒适性，避免驾驶紧张，提高公路的通行能力。从以上情况可以看出，我国高等级公路的总体设计控制指标与国外的指标相近，但在具体设计中充分考虑了我国的国情，突出了我国道路的特点。 3.2、车型构成 按照全国交通量调查的统一做法，规定小货车为载重量2.5t以下的货运汽车，中货为载重量2.57.0t的货运汽车，大货为载重量大于7t的货运汽车，小客车为16座以下的面包车、小轿车，大客车为16座以上的轿车 小型汽
17、车占20%中型汽车占60%大型汽车占10%拖挂车及其它占10%80%为中型汽车以下车辆我国公路上的交通组成情况我国公路上的交通组成情况表表3.2.1路段小货中货大货小客大客拖挂宁六公路6.4%40%8.7%11.6%20.1%13.5%102国道13%44%11%7%6%19%107国道15%52%7%11%3%12%106国道14%35%12%6%10%23%307国道13%43%10%9%10%15%杭肖路9.9%62.1%4%7.3%8.3%8.4%11.2%60.7%3.6%7.2%8.3%9.0%12.8%51%3.7%9.0%6.2%17.2%河北省14%53%5%14%4%10%
18、杭州-绍兴12.3%46.1%14.8%16.8%10%/绍兴-宁波12.3%50%18.2%11.2%8%/宁波-北仑5.1%56.1%23%9%6.8%/平均11.59%49.42%9.78%9.93%8.38%14.12%各型号车占汽车总数的百分率（各型号车占汽车总数的百分率（%） 表表3.2.2 车型沈抚南线沟北线京富线凤华线昌老线营大线平均黄河5.26.96.42.04.72.64.6解放，东风，辽宁一号、大客36.454.942.947.456.939.646.4解放挂车28.79.43.97.612.227.314.9北京吉普、轿车、小客、130等1816.022.929.811
19、.616.019.0日野、五十铃等外国货车0.74.01.80.35.02.52.4嗄斯等中型货车118.822.112.99.612.012.7小型汽车占20%中型汽车占60%大型汽车占10%拖挂车及其它占10%80%为中型汽车以下车辆从表3.1.2可以看出，中型货车（解放、东风等）占46.4%，加上嘎斯等中型货车12.7%，中型货车占59.1%，其中解放车的比例最大，约占中型货车的60%左右。黄河、日野、五十铃等重型汽车约占7%左右，小型汽车约占19%，如果把表3.1.1和表3.1.2进行对照，可以看出总的比例关系非常接近，我国公路上各种车辆的组成比例为： 从我国公路上各种车辆的组成比例可
20、以看出，在公路上行驶的车辆有80%是中型汽车以下的车辆，包括：解放CA15、解放CA141K3、东风EQ140、跃进NJ134A、NJD134、解放CA10B、北京越野车BJ212、北京小货BJ130，其总质量均在10t以下。大型汽车占10%。 因此，在我国高速公路要考虑的主要车型是解放车和东风车。从国产车的行驶速度看，与进口车相比也有很大的不同，解放CA15的最高车速为80km/h，东风EQ140的最高车速为90km/h，黄河JN151的最高车速为67km/h。 因此，从我国公路上行驶车辆的组成情况来看，中型汽车以下的车辆约占80%，占主流的车型是解放、东风等货运汽车。国产货运汽车的最高速度
21、平均约为80km/h（国产车辆基本参数见表3.1.3）。这些条件将是护栏设计考虑的重要因素。名称型号空车重(kg)载重量(kg)总质量(mm)前轴距(mm)总轴距(mm)前轮距(mm)后轮距(mm)车长(mm车宽(mm)车高(mm)最高车速(km/h)解放CA15392550009135417541751700174048552330231080解放越野CA30A534025007990422542251750174568802315236065解放CA141K34390500093904050405018001745720524762395解放CA10B4000802540004000170
22、01740667024602200东风EQ104408050009290395039501810180069102470245590黄河JN15080004000400019271744760024642600黄河JN1516600800014860400040001927174476002464260067黄河QD35170003250325019271744跃进NJ134A300053603300330015891680583822802145跃进NJD134A30003300330015891680583822802145红旗旅游CA630300033003000626020702440
23、国产车辆基本参数见表3.1.3东风EQ24025003740484017441744653024002996东风EQ140A50003950395018101800691024702996东风EQ14150003950395018101800691024702545东风EQ141C50003950395018101800691024702565北京越野BJ21215304251955230023001440144038601750187098北京轻货BJ130188020004075280028001480147047101850210085上海SH1302000395025002500144
24、01440463518002070上海SH140400080653500350017101736645524002560天津大发11065018201820121511903.3、防撞等级公路碰撞能量E可按下式计算：式中：E垂直作用于护栏的碰撞能量（J）；g重力加速度（9.81m/s2）；W汽车重量（t）；V碰撞速度（m/s）；碰撞角度（）。2219 8 1 0s in2EWVg=鬃3.3、防撞等级桥梁碰撞能量E可按下式计算：2219 8 1 0s in2EWVg=鬃一般定义E与PL的关系如下（PL为防撞等级，桥梁护栏防撞等级分三级）：PL1：0E5.9104PL2：5.9104E1.4105
25、PL3：1.4105E2.4105 桥梁护栏的设计车型为什么不和桥梁的设计荷载对应起来呢，这主要有以下考虑：（1）确定桥梁护栏的设计条件既要考虑车辆发生事故的严重度，又要考虑车辆发生事故的概率。由于驾驶大型车辆司机的职业化以及大型车辆行驶速度较小，司机有较多的时间采取紧急避让措施防止车辆越出路外或减轻车辆越出路外的事故严重度；并且由于大型车辆所占比率很小，如果按大型车来设计显得不很经济。（2）如果桥梁护栏的设计荷载按大型车辆考虑，那么，桥面板的设计强度也要相应地提高，这不仅增加桥面板设计的难度，而且不经济。（3）如何评价桥梁护栏的防撞性能，最根本的，也是最可靠的方法是进行实车碰撞试验，国外安全
26、设施都需经过实车碰撞试验后，才能在公路上使用。例如，美国AASHTO桥梁护栏指导规范规定所有桥梁护栏都应进行碰撞试验。就需要有具体的车型。同时为了使每次碰撞试验的结果能相互比较，其碰撞条件（车型、质量、碰撞速度、碰撞角度）应是统一的。 3.4 车辆的碰撞角度 碰撞角是指车辆冲击方向与护栏纵面所成的夹角。它与道路等级、车辆的种类、行驶速度和车辆在车道上的位置有关。国外主要通过事故现场调查或和野外观测获得车辆越出路外的角度来确定，一般情况下，规定卡车的碰撞角度为15，小汽车的碰撞角为2025（法国规定小汽车的碰撞角为2030）。我国没有事故现场调查方面的资料，根据国外资料，并结合我国高速公路对车辆
27、行驶的规定和横断面布设特点，规定小汽车的碰撞为20，卡车的碰撞角为15。3.5 碰撞速度在一般情况下，公路上的车辆以平均运行速度行驶，平均运行速度可以按计算行车速度的80%计算，见表3.1. 4。虽然，在车辆发生偏离车道等偶然事故时，司机有可能采取刹车、转向、松油门减速等紧急补救措施，但是，考虑到我国道路侧向余宽一般较小和车辆碰撞路侧护栏发生的时间极短，以及桥梁护栏的安全性能要求比路侧护栏更高，车辆绝对不能越出桥外等因素，因此，把平均运行速度近似为碰撞速度，即根据道路等级、碰撞速度分别定为50km/h、70km/h和80km/h。世界各国桥梁护栏的防撞等级见表3.1.5。公路等级与平均运行速度
28、公路等级与平均运行速度表表3.1.4速度公路等级计算行车速度（km/h）平均运行速度（km/h）高速公路平原微丘重丘120-10096-80山岭80-6064-48汽车专用一级公路平原微丘10080山岭重丘6048二级公路平原微丘8064山岭重丘4032各国桥梁护栏的防撞等级各国桥梁护栏的防撞等级表表3.1.5防撞等级国别车辆质量（kg）碰撞速度（km/h）碰撞角度（）碰撞能量（J）PL1中国19559200805020155.71046.0104日本1400014000403515155.81044.4104美国20402453967215204.91045.9104英国150080204.3104PL2中国929070151.2105日本1400060151.3105美国204324539610425201.31051.2105英国1500113208.7104PL3中国1330080152.2105日本1400080152.3105美国908024509610415202.21051.2105
