1、第四章第四章 护栏设计护栏设计 护栏形式选择和设计原则护栏形式选择和设计原则缆索护栏设计缆索护栏设计概述概述第四章第四章 护栏设计护栏设计 混凝土护栏设计混凝土护栏设计 活动护栏设计活动护栏设计新型护栏介绍新型护栏介绍学习要点学习要点护栏设计的理论基础护栏设计的理论基础波形梁护栏设计波形梁护栏设计学习目的学习目的 通过本章的学习掌握护栏相通过本章的学习掌握护栏相关的基础知识，了解护栏设计、关的基础知识，了解护栏设计、路侧安全净区宽度的计算等基本路侧安全净区宽度的计算等基本内容。内容。 护栏护栏的定义义 为确保行车安全，在道路沿线设置的，一定程度上能御防车辆超越的防护设施。 护栏护栏的功能防止失
2、控车辆越出路外或穿越中央分隔带；使失控车辆回复到正常行驶方向；发生碰撞时，对乘客的损伤程度最小；诱导驾驶人视线，增加行车安全性，使道路更加美观。 第一节： 概述 一、护栏的分类 护栏的分类，包括三种方式：按碰撞后的变形程度分类，按其在公路中的纵向位置分类，按其在公路中的横向位置分类。 1按碰碰撞后的变变形程度分类类 第一节： 概述 根据碰撞后护栏的变形程度，护栏可分为柔性护栏、半刚性护栏和刚性护栏。 1）刚性护栏 基本不变形的护栏，用于严格阻止车辆超越的环境，如高架桥、深沟等场合。 遇大角度冲撞，将造成较为严重的后果。混凝土护栏为其主要代表形式。 混凝土混凝土 墙式护栏墙式护栏 第一节： 概述
3、 2）半刚性护栏 一种连续的梁式护栏结构，具有一定的刚度和强度。波形梁护栏是其主要代表形式。路侧安装的波形梁护栏 第一节： 概述 3）柔性护栏 柔性护栏的柔度较大，抗冲撞强度较低，常用于低速区域，兼隔离功能。缆索护栏是其主要代表形式。缆索护栏 一、护栏的分类 护栏的分类，包括三种方式：按碰撞后的变形程度分类，按其在公路中的纵向位置分类，按其在公路中的横向位置分类。 1按碰碰撞后的变变形程度分类类 第一节： 概述 根据碰撞后护栏的变形程度，护栏可分为柔性护栏、半刚性护栏和刚性护栏。 1）刚性护栏 基本不变形的护栏，用于严格阻止车辆超越的环境，如高架桥、深沟等场合。 遇大角度冲撞，将造成较为严重的
4、后果。混凝土护栏为其主要代表形式。 混凝土混凝土 墙式护栏墙式护栏 一、护栏的分类 护栏的分类，包括三种方式：按碰撞后的变形程度分类，按其在公路中的纵向位置分类，按其在公路中的横向位置分类。 1按碰碰撞后的变变形程度分类类 第一节： 概述 根据碰撞后护栏的变形程度，护栏可分为柔性护栏、半刚性护栏和刚性护栏。 1）刚性护栏 基本不变形的护栏，用于严格阻止车辆超越的环境，如高架桥、深沟等场合。 遇大角度冲撞，将造成较为严重的后果。混凝土护栏为其主要代表形式。 混凝土混凝土 墙式护栏墙式护栏 2按其在公路中的纵纵向位置分类类 第一节： 概述 1）路基护栏 指设置于路基上的护栏。 2）桥梁护栏 是设置
5、于桥梁上的护栏，目的是防止失控车辆越出桥外。 3按其在公路中的横横向位置分类类 1）路侧护栏 是设置于公路路侧建筑限界以外的护栏，以防止失控车辆越出路外或碰撞路侧构造物和其它设施。 2）中央分隔带护栏 设置于公路中央分隔带内的护栏，以防止失控车辆穿越中央分隔带闯入对向车道并保护中央分隔带内的构造物。 中央分隔带护栏带护栏 二、护栏的防撞性能 公路护栏按防撞等级可分为：路侧B、A、SB、SA、SS五级；中央分隔带Am、SBm、SAm三级。常用路侧桥梁护栏按防撞等级可分为B、A、SB、SA、SS五级，常用中央分隔带桥梁护栏按防撞等级可分为Am、SBm、SAm三级。高速公路和一级公路桥梁护栏的混凝土
6、强度等级不应低于C30。护栏的碰撞条件和性能表征护栏抵抗失控车辆冲撞的能力，B级为最低一类，SS级为较高。护栏碰撞能量低于70KJ或高于520KJ时，应进行特殊设计。 第一节： 概述 一、护栏形式选择 护栏形式的选择，应针对具体情况在综合分析的基础上确定。 1.一般路段护栏护栏的型式选择选择 这个选择过程没有客观的标准，但仍有一些规则可依循。理想的护栏型式应既能达到要求的防撞强度，又能使成本相对较低。选择护栏型式应考虑的因素见表4-3。 2.旅游或景观观公路护栏护栏的型式选择选择 设置护栏对提升公路景观没有任何作用，应尽量寻找可以替代护栏的措施。 护栏的外观应尽量满足下列要求： 力求简洁、减少
7、装饰 充分考虑通透性 降低刚性护栏的存在感 采用有亲和力的设计和材料 色彩应与构造物及周边环境相协调第二节： 护栏形式选择与设计原则 二、护栏设计原则 第二节： 护栏形式选择与设计原则 按照护栏设置位置的不同，护栏的设置原则也不同，主要分为:路侧护栏、中央分隔带护栏和桥梁护栏。这里以中央分隔带护栏为例阐述其设计原则。 中央分隔带护栏设计带护栏设计原则则 设置条件I.高速、一级公路，中间隔离带小于10米；II. 高速、一级公路采用分离断面（见图）采用路基护栏。III. 高速、一级公路中间隔离带开口处，原则上要设可移动中央隔离护栏。上图：相向路面等高（或接近）上图：相向路面等高（或接近）按中央隔离
8、带设计按中央隔离带设计下图：相向路面不等高在较高的下图：相向路面不等高在较高的路侧按路侧护栏设计路侧按路侧护栏设计 重要依据 除上述三类情形之外，在许多条件下都应设置中央隔离护栏，其依据是：中央隔离带宽度与交通流量的综合情况。各国根据自己国情制订了标准，我国目前尚未规范。综合分析：综合分析： 隔离带越宽，横穿的概率越小隔离带越宽，横穿的概率越小 车流量越大，横穿的概率越大车流量越大，横穿的概率越大隔离宽路面宽车速高车流量大车速低造成的直接损失、间接损失情况 应注意的问题：应注意的问题： 车流量较小的场合一般车速会很高，车辆横穿护栏的概率较小，但直接后果同样严重，间接经济损失与流量大的路段有区别
9、。各国运用实例分析各国运用实例分析 英国标准：隔离带2米（以下） 交通量1.05万辆/天 欧共体标准：隔离带4.5米（以下） 隔离带4.56米交通量2万辆/天 美国标准：隔离带9米（以下） 交通量2辆/天第二节： 护栏形式选择与设计原则 公路上设置的护栏是一种安全设施，在设置护栏避免车辆与其他危险物碰撞时，应把护栏当成危险物看待。现今我国高速公路大部分采用全线设置护栏的形式，但是其中有些路段已经达到了足够的路侧安全净区，设置不需要的护栏本身也是一种浪费但护栏也是一种障碍物，同样会对行车安全构成威胁。因此，设置护栏是有条件的。只有通过对事故严重度的分析，确定设置护栏的原则和标准，才能获得最大的安
10、全性和最佳的经济效益。 路侧侧安全净区净区 路侧安全净区是指公路行车方向最右侧车行道以外、相对平坦、无障碍物、 可供失控车辆重新返回正常行驶路线的带状区域，是从行车道边缘开始，车辆驶出路外后能够安全驶回车道的一个宽度范围。其主要设计理念和设计原则如下。设置足够的路侧安全净区。良好的边坡设计。良好的边沟设计。考虑安全的路肩设计。 第三节 护栏设计的理论基础 第三节 护栏设计的理论基础 宽宽容路侧设计侧设计 边坡坡度可以划分为三种情况：可恢复的，不可恢复的，危险的。可恢复坡度是1:4或者更缓的坡度；不可恢复坡度，通常介于1:3-1:4之间，是可以被横越的。危险坡度是大于1:3的坡度，此时应设置路侧
11、护栏，如图所示，图中V为边坡的高度，H为边坡的水平宽度。路侧侧安全净区净区 AASHTO（美国国家公路与运输标准）在Roadside Design Guide（路侧设计指南）一书中指出路侧安全净区宽度的确定主要依据：设计车速、设计平均日交通量、边坡坡度及平曲线半径（平曲线路段）。 在确定直线路段路侧安全净区宽度（Lz）时，应根据设计车速、设计平均日交通量、边坡坡度确定路侧净区宽度的取值范围。对于平曲线处路侧净区的宽度（Lq），由于车辆出现意外情况时，将沿平曲线切线方向驶离平曲线，因此保证车辆能安全的返回正常行驶路线所需的路侧净区宽度也应适当增大，因此在平曲线处，还应根据平曲线半径值对平曲线外侧
12、的路侧安全净区宽度进行修正。 路侧净区宽度L可由下式确定，K为修正系数： 第三节 护栏设计的理论基础 计算方法（1）根据第一边坡坡度i1及表4-6得到其对应的路侧净区的宽度值L1，若L1l1+l0，则L=L1，路侧安全净区宽度L计算完毕；若L1l1+ l0，则进行下一步计算；（2）计算l1+l0占L1的比例p1 p1=（l1+l0）L1 根据第二边坡的坡度i2及表4-6得到其对应的路侧安全净区宽度L2，若（1-p1）L2l2，则L=l1+l0+（1-p1）L2，路侧安全净区宽度L计算完毕；若（1-p1）L2l2，则进行下一步计算；（3）以此类推，当条件不满足时，首先求得上一边坡in-1对应的水
13、平宽度ln-1占该边坡所需的宽度（1-pn-2）ln-1的比例pn-1，再比较（1-pn-1）Ln与ln的大小，当前者较小时即满足条件，此时路侧净区的宽度L即可得到，L=l0+l1+ln+（1-pn-1）Ln。第三节 护栏设计的理论基础 计算实例例如图所示，某高速公路直线路段设计速度为100km/h，平均日交通量为4500 veh/d，路肩宽度为0.5m，第一边坡坡度为1:6，其对应的水平宽度l1为4m，第二边坡坡度为1:4，其对应的水平宽度l2为5m，试设计路侧安全净区的宽度（取最大值）解： 根据第一边坡坡度i1及表4-6得到其对应的路侧净区的宽度值L1（取最大值）： L1=9.0 m L1
14、l1+ l0 p1=（l1+l0）L1=0.5 根据第二边坡的坡度i2及表4-6得到其对应的路侧安全净区宽度L2（取最大值）： L2=6.5m （1-p1）L2=3.25ml2 则：L=Lz= l1+ l0+（1-p1）L2=7.75m安全净区宽度计算示意图 对于我国路侧安全净区的取值，建议根据平均日交通量来采用下图所示的宽度范围。图1为路堤段路侧安全净区宽度范围，图2为挖方段路侧安全净区宽度范围。若道路为曲线，则应该在参考图1或2的基础上，根据车辆运行速度和平曲线半径加上图3所示的修正值w。第三节 护栏设计的理论基础 图图1 路堤段路侧侧安全净区宽净区宽度 图图2 挖挖方段路侧侧安全净区宽净
15、区宽度 图图3 路侧侧安全净区宽净区宽度修正值值 一、波形梁护栏的构造 第四节 波形梁护栏设计 波形梁护栏的构造及波形梁、立柱、防阻块、横隔梁、端头等构件应符合交通部颁发的有关产品标准的规定。 1.波形梁的构构造 1）路侧波形梁护栏的构造 2）中央分隔带波形梁护栏的构造 2.波形梁 波形梁是与失控车辆首先接触的构造，波形梁除了满足抗拉强度要求外，还应具有好的导向和吸能性能。 3.立柱 立柱主要承受弯矩。在碰撞过程中，立柱起着非常重要的支撑作用，要想提高立柱强度，可以通过增大惯性矩的办法实现，惯性矩受立柱截面形状和面积的影响。 4.端头头 第四节 波形梁护栏设计路侧护栏开口处安装端头梁和进行锚固
16、处理。包括钢丝绳锚固件、混凝土基础两部分。端头搭结：端头搭结形式与行车方向为准，注意搭结层次。各种端部构造 5.防阻块块 第四节 波形梁护栏设计 防阻块是波形梁与立柱之间的承力部件，可以用各种形状的型钢来制造。波形梁与立柱之间加防阻块后，有以下好处： (1)防阻块本身就是一个吸能机构，可以使护栏在受到碰撞后逐渐变形，有利于能量吸收，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
17、，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少，减轻甚至消除由于失控车辆碰到缘石后跳起对护栏产生的不利影响。 第四节 波形梁护栏设计二、波形梁护栏的设计设计设计基本步骤骤 理想的护栏设计成果必须建立在大量统计数据和现场资料基础上，目前我国显然缺乏有效、实用的统计资料，长期以来主要是依赖经验设计。1）防撞等级 根据前面所述，全面分析所拥有现场资料，确定该路段适用的防撞等级。2）构造特征 波形横梁形状参数已统一标准，构造特征主要是对立柱、防阻块参数选择。 第四节 波形梁护栏设计立柱参数参数 截面参数：立住截面有圆管形、槽形两种。圆管中又分
18、轻重两类，直径为110、140mm，重型用于重载车多、越出护栏后果及其严重的路段。 （具体参数见下图）（具体参数见下图） 第四节 波形梁护栏设计 立柱长长度参数参数 下图为无防阻块土中埋置立柱尺寸。总长1160L180、195、110cm。其中L为地下掩埋部分，规定值110、125、40。土中埋置土中埋置尺寸尺寸置埋混凝土中置埋混凝土中尺寸取尺寸取40cm40cm无防阻块无防阻块 第四节 波形梁护栏设计 防阻块参数块参数 防阻块用于交通流中车种复杂的路段，安装于横梁和立柱之间，防止立柱对碰撞车辆产生阻绊而影响横梁的导向作用。 防阻块有A、B两种构造，具体参数见下图。A A型防阻块型防阻块标准参
19、数标准参数立柱立柱横梁横梁防阻块防阻块 第四节 波形梁护栏设计 B型防阻块块参参数数A A、B B两种结构分别用于两种结构分别用于圆管形、槽形圆管形、槽形立柱。立柱。立柱立柱横梁横梁防阻块防阻块 第四节 波形梁护栏设计 防阻块防阻块用于发生碰撞之后，防止或减轻立柱对车辆的阻碍用于发生碰撞之后，防止或减轻立柱对车辆的阻碍。有防阻块块圆圆形立柱护护栏栏安装形式防阻块防阻块重型立柱重型立柱构构造造轻轻型立柱型立柱构构造造 第四节 波形梁护栏设计立柱埋设设的发发展理念属于障碍物（有一定的属于障碍物（有一定的ISIS值）值）立柱埋设方式和埋设密度确定刚性程度立柱埋设方式和埋设密度确定刚性程度预期的目标刚
20、度预期的目标刚度浮动动式基础础消能结构结构灵活安装、维修方便适用护栏、标志便于标准化 第四节 波形梁护栏设计 3）端头处头处理 路侧波形梁护栏端部处理 路侧波形梁护栏的起讫点应进行端头处理，可采用圆头式或地锚式。我国高速公路修建初期，护栏端头多用圆头式，在护栏起点与标准段护栏之间通过渐变段连接起来，采用混凝土基础加索端锚具，这种处理办法称为端部斜展。这种端头在国外使用较普遍，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，但如果失控车辆与端头正面相碰，有可能发生护栏穿透车箱的事故，改用地锚式端头，通过斜角梁逐渐伸向地面，在端部用混凝土基础锚固，地锚式端头与失控车辆正面碰撞时，车辆
21、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。 行车方向的上游端头宜设置为外展地锚式或圆头式，端头与护栏标准段之间应设置渐变段；行车方向下游端头可采用圆头式，并与标准段护栏成一直线设置；在填挖路基交界处护栏起点端头的位置，应从填挖零点向挖方延伸20m，并设置为外展圆头式 外展圆头圆头式端部处处理 第四节 波形梁护栏设计圆头圆头式端头结构图头结构图（有防阻块块、圆圆形立柱） 第四节 波形梁护栏设计 中央分隔带波形梁护栏端部处理 设置于中央分隔带起、终点及开口处的护栏应进行端头处理，不加处理的端头是极端危险的，车辆与金属类护栏碰撞时，可能导致端梁刺穿车箱，车辆与钢筋混凝土护栏正面相
22、碰时，将产生巨大的碰撞力。 迎面碰撞时，端头处理的防撞装置不能带刺、产生拱起或使车辆翻滚，车辆在碰撞过程中产生的加速度不能超过要求的限度。在端头和标准段之间发生碰撞时，端头结构应具有与中央分隔带标准段护栏相同的改变车辆方向的性能。端头型式可分分设型和组合型，分设型波形梁护栏端头应与中央分隔带线形相一致。在一定长度范围内，波形梁护栏从两条平行线逐渐按一定比例往分隔带内缩窄，一般呈抛物线形；立柱间距为2m，圆端头的半径应与分隔带开口处的线形相一致，一般为25cm。中央分隔带护栏带护栏端部处处理 第四节 波形梁护栏设计中央分隔带带分设设型护栏护栏的端头构头构造图图（尺寸单单位：mm） 中央分隔带组带
23、组合型护栏护栏的端头构头构造图图（尺寸单单位：mm） 4）过渡段处理 第四节 波形梁护栏设计过渡段的设置条件为：路侧设置护栏时，路侧护栏和桥梁护栏之间应进行过渡段连接设计。路侧没有设置安全护栏时，可按路侧护栏设置条件设计过渡段。通过过渡段的设置保证了护栏整体刚度的逐渐过渡，避免了大刚度护栏成为路侧障碍物 一、缆索护栏的构造 第五节 缆索护栏设计 路侧缆索护栏由端部结构、中间端部结构、中间立柱、托架、缆索和索端锚具等组成。如图所示。缆缆索护栏护栏装配图图 二、缆索护栏的设计 第五节 缆索护栏设计 缆索护栏一般情况下适用于公路路侧，主要出于两点考虑：缆索是承受拉应力和失控车辆冲击力的主要构件，护栏
24、缆索受拉，在弹性范围内工作，可以重复使用、容易修复，但冲击力太大时不易挡住；缆索护栏的横向动态变形较大，而我国高速公路、一级公路的中央分隔带都较窄，即使碰撞车辆未冲断护栏也有可能影响到对向行车的安全。因此，4.5m以下宽度的中央分隔带不宜设置缆索护栏。其设计要点主要包括如下5条。1.端部处理 2. 中间端部处理3.中间立柱处理4.护栏托架处理5.缆索与索端锚具处理 一、混凝土护栏的构造 第六节 混凝土护栏设计 路侧混凝土护栏按构造分为F型、单坡型、加强型三种，应根据路侧危险情况选用；中央分隔带混凝土护栏可采用整体式或分离式，可根据中央分隔带的宽度、构造物和管线的分布加以确定。F型混凝土护栏构护
25、栏构造（单单位：cm） 单单坡型中央分隔带带混凝土护栏护栏（单单位：cm） 二、混凝土护栏的设计 第六节 混凝土护栏设计 每节混凝土护栏的纵向长度，在浇筑、吊装条件允许时，应采用较长的尺寸。预制混凝土护栏长度宜为4-6m；现浇混凝土护栏的纵向长度应按横向伸缩缝的要求确定，一般为15-30m。现浇混凝土护栏每3-4m应设置一道假缝。 混凝土护栏与防眩设施同时设置时，在护栏顶部适当位置宜安装预埋连接件，预埋件的位置、数量应与防眩设施的结构相配合。对停车视距可能影响的路段，应对停车视距进行验算，如达不到规范要求时，应采取相应措施，如向内移动防眩设施、采取限速措施等。 护栏之间的连接方式根据护栏制作方
26、式的不同而不同。预制混凝土护栏采用纵向企口连接法和纵向连接栓方式。企口连接是通过企槽相互咬住共同受力，适用于A、Am防撞等级；连接栓方式适用于防撞等级A和Am以外的其他防撞等级混凝土护栏。 中央分隔带混凝土护栏靠自重放置在基础上，在汽车碰撞力的作用下往往会被移动，严重时甚至会危及对向车道车辆的安全。规范规定对于整体式混凝土护栏，基础的承载力必须达到150kN/m2以上，然后将混凝土护栏嵌锁在基础中，即混凝土护栏需要镶嵌在下面的基础中。对于分离式混凝土护栏，应在混凝土护栏下设置枕梁，护栏之间应设置支撑块。 设计路侧混凝土护栏的基础时，需通过验算路侧混凝土护栏的抗倾覆稳定性来确定基础混凝土的尺寸。
27、根据路侧混凝土护栏所处的位置及路堤型式、施工工序，路侧混凝土护栏的基础可选用以下两种方式：一是座椅方式，其基础腿部伸入到路面基层中，利用路面基层对基础腿部位移产生的抗力来提高护栏的抗倾覆稳定性，受力形式较为合理，用于修建在高挡墙、高路堤上的护栏；二是桩基方式，在现浇路侧混凝土护栏前先打入钢管桩，或钻孔插入钢管桩，或开挖埋入钢管桩，用于高填土路堤路段。 第七节 活动护栏设计 活动护栏是在中央分隔带开口处，为方便特种车辆（如交通事故处理车、急救车）在紧急情况下通行和一侧道路施工封闭时临时开启放行的活动设施。这种护栏在正常情况下有一定的隔离性能，在临时开放时应能快速、灵活地移动。伸缩缩式活动护栏动护栏插插拔式活动护栏动护栏 第七节 波形梁护栏设计组组合式活动护栏动护栏预应预应力索式防撞活动护栏动护栏 随着对“以人为本、安全至上”等公路设计新理念理解的不断深入，“自然、安全、通透”等公路护栏设计新理念也相继提出，出现了许多不同材质、不同结构的护栏，丰富了护栏的形式，为护栏研究和发展提供了新的思路和方向。 第八节 新型护栏介绍算盘盘式护栏护栏 第八节 新型护栏介绍刚刚背木护栏护栏 第八节 新型护栏介绍缩缩骨护栏护栏THANK YOU
