[科普中国]-波形梁护栏

波形梁护栏的分类

波形梁护栏一般按设置地点和防撞等级来分类，见下表。按设置地点可以分为路侧护栏和中央分隔带护栏。按防撞等级可分为A级和S级（Am、Sm表示设置在中央分隔带）。S级护栏属于加强型，适用于路侧特别危险的路段使用，A级用于专用公路。1

路侧波形梁护栏(1)横断布设

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少。立柱外边缘到路肩边缘的最小距离为：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。

(2)端头处理

路侧波形梁护栏的起、讫点应进行端头处理。路侧护栏的端头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。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。这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，有可能发生护栏穿透车厢的事故。因此改用地锚式端头，这种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。

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。顺行车方向的下游端头与标准段护栏成一直线布设。下游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)防阻块构造

路侧波形梁护栏的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。可分为A型、B型两种，A型适用于圆形立柱，是一种六角形的结构；B型适用于槽形立柱或其他型钢立柱。

波形梁与立柱之间加防阻块后，有很多好处：

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中，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时，可使波形粱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产生对护栏不利的影响。

(4)立柱安装

路侧护栏立柱应安装于坚实的土路肩中，立柱与路基土的作用，使立柱弯曲变形，土基压缩变形，这是护栏吸能过程的一环。但是，当护栏立柱遇到立柱置于桥梁、通道、涵洞等无法打入的地方，立柱下方遇有地下管线、石方路段，其他特殊情况等三种情况时，应把护栏立柱设置于混凝土基础中，有条件时宜采用抽换式护栏立柱。

护栏立柱设置于混凝土中的方法有三种：一种是在混凝土基础中预留孔，等立柱放入后填密实的砂，上下都用沥青密封。一旦发生碰撞，立柱可以有一定的变形量，不会损坏混凝土基础，也容易更换。另一种采用法兰盘基础，螺栓连接，法兰盘上开长圆孔，一旦发生碰撞，法兰盘沿长圆孔方向有一定位移量，如果不损坏地脚螺栓，也容易修复；第三种是采用抽换式道路安全护栏装置，该装置适用于圆形立柱，用铸钢制造，外基座埋于混凝土中，内套管通过螺栓与外基础练成一体，护栏立柱插入内套管中，螺栓拧紧厚，内观套就会把立柱抱死。一旦发生碰撞，立柱弯曲变形，只要把螺栓拧紧，即可轻易把立柱拔出、更换。

中央分隔带波形粱护栏设置于中央分隔带的波形梁护栏，按防撞等级可分为Am级和Sm级。Sm级护栏属加强型，适用于中央分隔带内有重要构造物，并需要限制护栏横向位移的路段；Am级适用于汽车专用路的一般路段。按构造可分为分设型和组合型两种。分设型护栏适合于中央分隔带相对较宽，中央分隔带内的构造物较多，并在中央分隔带下埋有管线的路段。组合型护栏适合于中央分隔带宽度较窄，中央分隔带内构造物不多或埋设管线较少的路段。

(1)横断布设

中央分隔带波形梁护栏的横断布设应根据中央分隔带的宽度，断面形式及地下通讯管线布设来确定。

中央分隔带按分设型布设时，不宜使护栏面侵入到道路建筑界限以内。若分设型护栏设置在有路缘石的中央分隔带内，波形梁护栏应有防阻块。如设在中央分隔带内而中央分隔带内布设有通信、电力等管线，波形梁护栏倒缘石面的最小值C可减少到25cm（一般情况下为C=50cm）。

中央分隔带采用组合型波形梁护栏时，护栏立柱的中心线宜与公路中线重合，当公路中线位置内有构造物、地下管线时，护栏立柱的中心线可以向一侧偏移，或把组合型改变成为分设型，以便绕过中心线位置的构造物，组合型波形梁护栏由立柱、横隔梁、波形梁、紧固件组成。立柱可采用圆形或槽型等型钢制造，横隔梁由两根槽钢组成，分别安装在立柱两边，两端分别与波形梁相连。两边波形梁的最大组合宽度为l00cm，亦可根据中央分隔带的宽度做适当调整。

(2)端头处理

设置于中央分隔带起点、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，可能导致端梁穿刺乘客车厢；车辆与钢筋混凝土护栏正面相碰时，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加速度不能超过要求的限度。当失控车辆在端头和标准段之间发生碰撞，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。

端头形式。可分分设型和组合型两种情况考虑。分没型波形梁护栏，其端头应与中央分隔带线形相一致。在一定长度（例如16m）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。

我国在端头处理技术方面的研究工作较少，上述处理方法基本上是用圆头把两侧的波形梁连接起来，而没有采用解体消能立柱或滑动基座，波形梁没有采用吸能、变位等设计。因此，此端头的吸能效果不会很好，但这种结构制造安装容易，造价较低，在目前仍大量使用。

交通分流处三角地带护栏汽车专用道路互通式立交匝道进、出口及服务区、停车场进、出口处的三角地带，属危险三角区，应该设置专门设计的护栏。该处的护栏构造应与路侧波形梁护栏相一致，并应根据三角地带的线形和地形进行布设。在布设时，靠专用道路主线一侧的两端8m范围内和靠匝道一侧的两端8m范围内应采用加强型(S)护栏，在加强型护栏的中间接6跨A级护栏，并用圆头把三角区两侧护栏连接起来。在条件允许时，应在危险三角区范围设置防撞垫。防撞垫能有效地吸收碰撞能量，降低正面碰撞车辆速度。侧面碰撞时，防撞垫能改变车辆碰撞角度，将车辆导向路中，因此被广泛应用于交通分流的危险三角区。2

波形梁护栏的技术要求波形梁护栏的安装高度一旦失控车辆与护栏发生碰撞时，当然希望护栏能作用于车辆的有效部位，既不致使车辆越出护栏，也不致使车辆钻入护栏横梁的下面。比较理想的情况应该是通过护栏的整体作用迫使车辆逐步转向，一直回复到正常的行驶方向。但目前世界上生产的汽车五花八门，从大吨位的重型汽车到很小的微型汽车，其质量相差非常悬殊，车辆外型变化很大。现代化的小轿车有向微型化发展的趋势，其质量变得越来越轻，为了减少空气阻力，前车盖更符合流线型而变低，这种车辆在与护栏相碰时，很容易钻入波形梁护栏的横梁下面而造成严重的后果。

另一种情况是车辆的吨位越来越大，车辆向大型化和重型化方向发展。大型车在护栏碰撞时，可能产生跳跃问题。特别在与“w型”波形梁护栏相撞时，由于车辆的保险杠碰撞波形梁护栏的横梁顶部而可能使其扭成为斜面，这种情况在碰撞角度很大，速度很高时危险性更大，一旦．出现这种情况，就有可能使保险杠向下往后倾斜，在汽车冲力的带动下很容易滑上护栏的斜面，继而发生越出护栏的事故。

上面说的两种情况——车辆钻人护栏下面和车辆从护栏横梁越出，当然是不希望发生的。这就要求很好地研究确定护栏的合理安装高度。护栏安装高度可通过车辆与护栏的足尺碰撞试验；使用中护栏的交通事故调查资料；现代车辆的几何特性分析三方面情况进行确定。一般地，波形梁护栏的横梁中心高度，从路面算起至连接螺栓孔中心的距离以60cm为宜。当设有路缘石时，横梁的中心高度从路缘石顶面算起至连接螺栓孔中心的距离为60cm。当波形梁护栏有防阻块时，其中心高度不变。

波形梁护栏的强度波形梁护栏的强度主要决定于立柱的刚度、土的承载力及梁的抗拉强度，特别是立柱的水平承载力与位移的关系是决定立柱强度的重要因素。当立柱埋入土基时，考虑到路肩填土密实度可能不够，和立柱过分靠近边坡线而使侧向土压力减少这样一些因素，立柱埋深不应小于110cm，有路缘石的立柱埋深应不小于125cm。立柱埋置于混凝土基础中时，其埋深不应小于40cm。由于立柱的最大弯矩发生在根部，要考虑的是如何使立柱损坏后更容易修复。为维修养护的方便，可采用法兰盘装配式的连接方式。混凝土基础的尺寸、法兰盘的连接强度，应根据不同情况由计算确定。有条件时，最好采用抽换式护栏立柱装置。其特点是用硬塑料管预留立柱孔穴。埋深可根据需要在40～80cm范围变化，主要考虑为以后升高预留余地。承座器固定在?昆凝土基础中，安装时把迫紧器螺丝松开，插入立柱，待调整好高度后，即可拧紧三个螺栓，立柱即被锁固。该装置结构简单，安装、维修方便。

波形梁护栏组成构件的标准波形梁、立柱、防阻块、横隔梁、端头等构件应符合有关产品标准的规定。

①波形梁。波形梁是与失控车辆首先接触的构造，通过波形梁的传递，把碰撞力分散给多根立柱，通过立柱把力传递给地基土。失控车辆与护栏的作用将随着时间的推移，不断改变着作用位置，波形梁主要承受的是拉伸力，在碰撞车辆冲击作用下，波纹被展开，吸收能量。波形粱除了满足抗拉强度要求外．还廊具有好的导向和吸能性能。

②立柱。波形梁护栏可以近似看作弹性地基上点支撑的连续梁。车辆以一定角度(θ=10°～20°)作用于护栏的碰撞力，可以分解为垂直作用于护栏的力和平行于护栏的力，垂直力使护栏、立柱变形，平行力使碰撞不断改变方向和位置。波形梁、立柱和地基土共同承受这种碰撞力，波形梁主要承受拉力．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篓现，惯性矩受立柱截面形状和面积的影响。实际上各国采用不同形状的型钢作立柱。例如：澳大利亚采用矩形、H形柱，美国采用方形木柱、工字钢柱，英国采用工形柱，荷兰采用扁圆柱，滢国采用槽钢，德国采用工字钢，日本采用圆管钢，均获得很好的效果。我国汽车专用道路上，护栏立柱主要采用圆形立柱、槽形立柱两种形式。2

波形梁护栏的材料要求材料规格(1)波形梁、立柱、横隔梁、端头及连接螺栓所用钢材为普通碳素结构钢(Q235)，其技术条件应符合《碳素结构钢》(GB 700)的规定。

(2)拼接螺栓。波形梁是受拉构件，要求拼接螺栓采用高强螺栓，这样可以大大增强接头处的强度。高强螺栓建议采用45号钢、20MnTiB钢，并符合《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》(GB 3632～3633)的规定：屈服点>990MPa，抗拉强度>1100MPa，伸长率≥10%，收缩率为42%。

高强度螺栓的头部成型，可以采用冷加工或采用热加工、滚压法成型螺纹，并经盐浴炉或辊底炉进行淬火。淬火温度宜选择在860*(3～88012之间，硝盐炉回火(340*(2～380"C)处理，以提高其强度和硬度。为了增强高强度螺栓连接副的防锈能力和改善螺栓螺母之间的润滑状态，对其表面应做好润滑处理。高强度螺栓的螺母宜选用35号钢，并经适当的热处理工艺，35号钢的物理性能应符合《优质碳素结构钢技术条件》(GB 699)的有关规定。

螺母宜采用热镦成型，经热处理后加工，螺母应做润滑处理。

垫圈用扁钢或带钢连续冲成，由于垫圈的支承面是影响扭矩系数的重要因素，因此在选材时要特别注意表面的平整光滑，注意垫圈冲孔和冲外形用的冲床和平整机的各种性能。垫圈的制造工序为：用材一冲压外形一冲孔一锻平一研磨一热处理一成品。

(3)防阻块。防阻块材料可用型钢来制造，钢材应符合《碳素结构钢》(GB 700)的规定。其技术条件应符合《冷弯型钢技术条件》(GB 6725)的规定。

(4)立柱埋置于混凝土中时，混凝土标号不应小于15号。混凝土用材料应符合现行交通行业标准《公路桥涵施工技术规范》(JTJ 041)的规定。

材料防腐所有波形梁护栏的冷弯型钢部件均应做防腐处理，一般可采用热浸镀锌处理。热浸镀锌所用的锌应为《锌锭》(GB 470)中所规定的0号或1号锌。

螺栓、螺母等紧固件在采用热浸镀锌后，必须清理螺纹或进行离心分离处理。在条件允许的情况下，螺栓、螺母等紧固件也可采用粉镀锌技术。

活动护栏的防腐处理原则上与波形梁护栏相同，采用热浸镀锌方法时，镀锌量规定为600g/m2，

对钢材有严重磨蚀作用的地区，可采用热浸镀铝、浸塑、喷塑等方法，各地可根据本地的条件，通过经济技术比较选用，当采用热浸镀铝时，附着量可达：110～120g/m2。在腐蚀特别严重的地区或出于对美观上的要求，护栏钢构件可在镀锌后再涂塑或油漆。2