隨著我國經濟的高速平穩(wěn)發(fā)展,我國的公路建設也日新月異,但公路安全問題隨之產生,為提高公路的安全性,在公路設計水平和施工水平方面我國十分重視,尤其在路側護欄的安全設計水平方面。通過借鑒國外先進的設計方案和成功經驗后,針對我國公路護欄安全存在的問題,找到多種安全合理的處理方法。并重點對吸能式護欄端頭進行介紹和分析,提出確定其設計參數(shù)的方法和公式。 　 
高速公路護欄的安裝設置目的是防止車輛駛離路面,沖撞路側障礙物或與其他車輛相撞。雖然高速公路設置的半剛性波形護欄發(fā)揮了重大作用,但是由于護欄端頭設計和處理不合理也造成了許多事故,而且重大事故所占比例較大,根據(jù)我國公安部例年發(fā)布的交通事故白皮書,對2003年、2004年、2005年這3年的路側事故進行統(tǒng)計,路側事故大約占交通事故總數(shù)的8%,死亡人數(shù)卻占了12%,路側事故相對嚴重性比較高。美國每年約1/3的死亡事故是車輛與路側碰撞的單車事故。針對這個問題,對護欄端頭部分進行合理設計,減少交通事故,進而減少人民生命和財產損失,是亟待解決的一個問題。 
1護欄端頭的處理 
護欄設置的起訖點均需要設置端頭,并進行必要的端頭處理,尤其是順交通方向,即護欄的起始點端頭,例如上跨橋橋墩迎車面的護欄端頭和中央分隔帶起點的護欄端頭。設置端頭和進行端頭處理的目的主要是防止車輛與未經處理的護欄板相撞,導致護欄板刺穿車輛,所以護欄端頭需要有以下幾點要求:不會刺穿車輛,傷害車內乘客;有很好的吸能效果,能吸收碰撞車輛的大部分動能;能將碰撞車輛正確導向,避免發(fā)生二次事故;護欄端頭結構應該和護欄具有較好的整體性,在外形和功能方面都要協(xié)調。高速公路的護欄端頭處理主要有如下幾種形式。 
　　1.1單設基礎類錨固端頭 
　　單設基礎類錨固端頭剛性很大,碰撞時候不會吸收能量,可能對車輛造成嚴重傷害。此類端頭只適合用于基本不可能被撞到的地方,例如背交通方向的護欄端頭等。 
　　1.2地錨式端頭 
　　地錨式端頭應該做成沒有斜坡,在保持護欄相同高度的前提下將端頭錨固在埋于土下的混凝土基礎內,混凝土基礎上覆土厚度要大于15cm。此類端頭常常延伸到路邊坡內,又稱為隱藏端部端頭,此類端頭不宜做成斜下彎曲,錨固于地面的斜坡式地錨端頭,因為這樣容易使車輛發(fā)生躍起騰空而造成翻車的嚴重后果。美國德克薩斯州已經徹底禁止采用斜坡式地錨端頭,而我國這種端頭處理方式仍然被大量使用。 
　　1.3吸能式護欄端頭 
　　吸能式護欄端頭,此類端頭在碰撞時,端頭本身的結構會通過各種方式來吸收碰撞汽車的動能。此類護欄端頭具有安全性高,場地限制小,安裝方便等優(yōu)點。通常采用的端頭有以下幾種。
　　1)開槽護欄板型護欄端頭。開槽護欄板型護欄端頭總長約8m,能解體為幾跨可吸能的護欄。護欄板從端頭開始沿長度方向均開有槽口,以削弱護欄截面。開槽護欄板在撞擊下卷曲變形,吸收汽車動能,護欄立柱也將變形解體。這種端頭處理不能提供側撞保護,在大角度撞擊下,車輛會穿過端頭部分,不能被正確導向,所以此類護欄端頭最好設置在有足夠寬的路肩上,以拋物線型斜向展開安裝。 
　　2)擠壓型護欄端頭。擠壓型護欄有一個鋼制擋板頭部,頭部長1.4m,重量大約80kg,頭部在碰撞時能防止護欄刺穿車輛,而本身也能將車輛的動能轉化為自己的動能,再由塑性變形來吸收能量,在頭部后有一個縮小的截面,可以擠壓后面的波形護欄板。碰撞時端頭吸能有2種形式,既能使護欄板擠壓變形吸能,又能使其卷曲變形吸能。 
　　3)外展吸能式護欄端頭。外展吸能式護欄端頭重量大概50kg,長度大概10m,是比較輕便的吸能式護欄端頭。護欄端頭部分設有傾斜的偏轉板,在碰撞后能使波形護欄沿反方向卷曲變形。這種端頭不同于其他的吸能式護欄端頭,它不是利用自身的變形來吸收能量,而是利用卷曲與其相連的波形護欄板來吸收能量,端頭在碰撞后會卷曲到護欄板以內,不會因碰撞變形進入車道范圍內。 
　　4)伸縮梁式吸能護欄端頭。伸縮梁式吸能護欄端頭是利用擠壓梁內填充的玻璃纖維或者環(huán)氧聚合物來吸收能量,總長度約15m。端頭的擋板距離固定梁端口約1.8m,此段距離為可伸縮部分長度,此類護欄端頭應該在與路線平行的方向安裝。在碰撞時,端頭擋板和車輛一起壓碎梁口處的固定裝置,繼續(xù)擠壓梁內的填充物,梁內有2種不同剛度的填充物,在吸收較低能量碰撞時只有低剛度填充物被壓縮,而在猛烈碰撞時候,高剛度填充物也將被壓縮變形來吸收能量。這種護欄端頭對于低速和高速碰撞都有較好的能量吸收和保護效果,適用范圍較廣。 
　　5)吸能式護欄端頭在碰撞時的能量吸收過程分析。車輛在與吸能式護欄端頭的碰撞中,端頭頭部先吸收能量,轉化為自身動能,再將自己和車輛的大部分動能轉化為端頭結構的變形。車輛在碰撞后會停下,或者以較低的速度被安全導向。碰撞過程可以用能量守恒定律,動量定理來分析,但是碰撞過程既不是完全彈性碰撞也不是完全塑性碰撞,所以需要引入回彈系數(shù)e。 
　　e=v1′-v2′/v2-v1????????????? ??(1) 
　　式中:v1、v2為初始速度;v1′、v2′為碰撞后速度。 
　　完全非彈性碰撞或完全塑性碰撞時e=0,完全彈性碰撞e=1。動能守恒定理只有在完全彈性碰撞時才成立,而動量定理總是成立的。回彈系數(shù)e的大小和碰撞車輛的速度相關,在速度大于25m/s時,e趨近于零,可以近似看成是完全塑性碰撞。碰撞重現(xiàn)的分析還需要應用能量守恒定律。 
　　根據(jù)動量定理,利用式(2)可以求出碰撞后端頭擋板和車輛的共同速度。 
　　vc=vimv/mv+mh??????????????? ??(2) 
　　式中:vi為碰撞車輛初始速度;vc為碰撞后端頭擋板和車輛的共同速度;mv為車輛的質量;mh為端頭擋板的質量。 
　　利用vc可以根據(jù)動能定理,由式(3)可以得到端頭碰撞共同變形前的總動能 
　　KEc =1/2Vc2(mv+mh)??????????? ??(3) 
　　由能量守恒定律,碰撞變形前的總動能應該等于護欄吸收的能量Er 與車輛離開護欄時的動能KEd之和,由式(4)得到吸能式端頭吸收能量Er 的大小。 
　　Er=KEc-KEd = vi2mv2/2(mv+mh)- Ked??????(4) 
　　Fa=Er/d????????????????????(5) 
　　式中:Fa為護欄端頭平均阻力;d為設計碰撞變形距離。 
　　根據(jù)設計碰撞車速、碰撞導向后車速以及護欄的質量和車輛的種類,應用公式(4)可以得到吸能式護欄端頭設計要求的吸收能量。同時也可以根據(jù)設計碰撞變形距離,應用公式(5)求出護欄端頭的平均設計阻力。由以上公式求出的設計吸收能量、平均設計阻力和碰撞變形距離都是吸能式護欄端頭的重要設計參數(shù)。在吸能式護欄端頭碰撞事故發(fā)生后,應用式(4)也可逆向求出碰撞車輛的行駛速度。在碰撞車速大于25m/s時,計算結果與實際情況基本相符。 
　　1.4防撞墊 
　　防撞墊是碰撞阻尼器,能吸收車輛碰撞障礙物時的沖擊能量,減小碰撞過程中的最大加速度,保護車內乘員安全。防撞墊可以根據(jù)場地和錨固條件,安裝在公路中央分隔帶護欄的開口處, 高速公路三角區(qū)以及其它有碰撞危險的物體前方。 
　　防撞墊根據(jù)吸能方式不同可分為兩種,即壓縮型和動能傳遞型。壓縮型防撞墊通過本身的塑性變形或破碎來吸收能量,這種防撞墊需要剛性支座,例如REACT系列防撞墊。動能傳遞型防撞墊是將車輛的動能傳遞給一個消耗性物體上,例如填沙塑料筒,這種防撞墊不需要剛性支座,安裝和養(yǎng)護成本也相對較低。 
　　2結語 
　　我國公路護欄端頭的安全問題比較嚴重,本文提出了多種端頭處理的方法,能有效解決這些問題。對護欄端頭進行合理的設計,并對已建好的有安全隱患的護欄端頭進行相應改造,能有效降低重大事故的發(fā)生概率,顯著改善我國公路的安全性。