道路护栏设计和路侧安全净区宽度的计算

第四章护护栏设计计护栏形式选选择和设计计原则缆索护栏设设计概述第四章护护栏设计计混凝土护栏栏设计活动护栏设设计新型护栏介介绍学习要点护栏设计的的理论基础础波形梁护栏栏设计学习目的通过本章的的学习掌握握护栏相关关的基础知知识，了解解护栏设计计、路侧安安全净区宽宽度的计算算等基本内内容。护栏的定义义为确保行车车安全，在在道路沿线线设置的，，一定程度度上能御防防车辆超越越的防护设设施。护栏的功能能防止失控车车辆越出路路外或穿越越中央分隔隔带；使失控车辆辆回复到正正常行驶方方向；发生碰撞时时，对乘客客的损伤程程度最小；；诱导驾驶人人视线，增增加行车安安全性，使使道路更加加美观。第一节：概概述一、护栏的的分类护栏的分类类，包括三三种方式：：按碰撞后后的变形程程度分类，，按其在公公路中的纵纵向位置分分类，按其其在公路中中的横向位位置分类。1．按碰撞后的的变形程度度分类第一节：概概述根据碰撞后后护栏的变变形程度，，护栏可分分为柔性护护栏、半刚刚性护栏和和刚性护栏栏。1）刚性护栏栏基本不变形形的护栏，，用于严格格阻止车辆辆超越的环环境，如高高架桥、深深沟等场合合。遇大大角度冲撞撞，将造成成较为严重重的后果。。混凝土护护栏为其主主要代表形形式。混凝土墙式护栏第一节：：概述述2）半刚性性护栏一种连续续的梁式式护栏结结构，具具有一定定的刚度度和强度度。波形形梁护栏栏是其主主要代表表形式。。路侧安装装的波形形梁护栏栏第一节：：概述述3）柔性护护栏柔性护栏栏的柔度度较大，，抗冲撞撞强度较较低，常常用于低低速区域域，兼隔隔离功能能。缆索索护栏是是其主要要代表形形式。缆索护栏栏一、护栏栏的分类类护栏的分分类，包包括三种种方式：：按碰撞撞后的变变形程度度分类，，按其在在公路中中的纵向向位置分分类，按按其在公公路中的的横向位位置分类类。1．按碰撞后后的变形形程度分分类第一节：：概述述根据碰撞撞后护栏栏的变形形程度，，护栏可可分为柔柔性护栏栏、半刚刚性护栏栏和刚性性护栏。。1）刚性护护栏基本不变变形的护护栏，用用于严格格阻止车车辆超越越的环境境，如高高架桥、、深沟等等场合。。遇大大角度冲冲撞，将将造成较较为严重重的后果果。混凝凝土护栏栏为其主主要代表表形式。。混凝土墙式护栏栏一、护栏栏的分类类护栏的分分类，包包括三种种方式：：按碰撞撞后的变变形程度度分类，，按其在在公路中中的纵向向位置分分类，按按其在公公路中的的横向位位置分类类。1．按碰撞后后的变形形程度分分类第一节：：概述述根据碰撞撞后护栏栏的变形形程度，，护栏可可分为柔柔性护栏栏、半刚刚性护栏栏和刚性性护栏。。1）刚性护护栏基本不变变形的护护栏，用用于严格格阻止车车辆超越越的环境境，如高高架桥、、深沟等等场合。。遇大大角度冲冲撞，将将造成较较为严重重的后果果。混凝凝土护栏栏为其主主要代表表形式。。混凝土墙式护栏栏2．按其在公公路中的的纵向位位置分类类第一节：：概述述1）路基护护栏指设置于于路基上上的护栏栏。2）桥梁护护栏是设置于于桥梁上上的护栏栏，目的的是防止止失控车车辆越出出桥外。。3．按其在在公路中中的横向位置分分类1）路侧护护栏是设置于于公路路路侧建筑筑限界以以外的护护栏，以以防止失失控车辆辆越出路路外或碰碰撞路侧侧构造物物和其它它设施。。2）中央分分隔带护护栏设置于公公路中央央分隔带带内的护护栏，以以防止失失控车辆辆穿越中中央分隔隔带闯入入对向车车道并保保护中央央分隔带带内的构构造物。。中央分隔隔带护栏栏二、护栏栏的防撞撞性能公路护栏栏按防撞撞等级可可分为：：路侧B、A、SB、SA、SS五级；中中央分隔隔带Am、SBm、SAm三级。常常用路侧侧桥梁护护栏按防防撞等级级可分为为B、A、SB、SA、SS五级，常常用中央央分隔带带桥梁护护栏按防防撞等级级可分为为Am、SBm、SAm三级。高高速公路路和一级级公路桥桥梁护栏栏的混凝凝土强度度等级不不应低于于C30。护栏的的碰撞条条件和性性能表征征护栏抵抵抗失控控车辆冲冲撞的能能力，B级为最低低一类，，SS级为较高高。护栏栏碰撞能能量低于于70KJ或高于520KJ时，应进进行特殊殊设计。。第一节：：概述述一、护栏形式选择择护栏形式式的选择择，应针针对具体体情况在在综合分分析的基基础上确确定。1.一般路段段护栏的的型式选选择这个选择择过程没没有客观观的标准准，但仍仍有一些些规则可可依循。。理想的的护栏型型式应既既能达到到要求的的防撞强强度，又又能使成成本相对对较低。。选择护护栏型式式应考虑虑的因素素见表4-3。2.旅游或景景观公路路护栏的的型式选选择设置护栏栏对提升升公路景景观没有有任何作作用，应应尽量寻寻找可以以替代护护栏的措措施。护栏的外外观应尽尽量满足足下列要要求：力求简洁洁、减少少装饰充分考虑虑通透性性降低刚性性护栏的的存在感感采用有亲亲和力的的设计和和材料色彩应与与构造物物及周边边环境相相协调第二节：：护栏形式式选择与与设计原原则二、护栏设设计原则第二节：护护栏形式式选择与设设计原则按照护栏设设置位置的的不同，护护栏的设置置原则也不不同，主要要分为:路侧护栏、、中央分隔隔带护栏和和桥梁护栏栏。这里以以中央分隔隔带护栏为为例阐述其其设计原则则。中央分隔带带护栏设计计原则①设置条件高速、一级级公路，中中间隔离带带小于10米；高速、一级级公路采用用分离断面面（见图））采用路基基护栏。高速、一级级公路中间间隔离带开开口处，原原则上要设设可移动中中央隔离护护栏。上图：相向向路面等高高（或接近近）按中央隔离离带设计下图：相向向路面不等等高在较高高的路侧按路侧侧护栏设计计②重要依据除上述三类类情形之外外，在许多多条件下都都应设置中中央隔离护护栏，其依依据是：中中央隔离带带宽度与交交通流量的的综合情况况。各国根根据自己国国情制订了了标准，我我国目前尚尚未规范。。●综合分析析：隔离带越宽宽，横穿的的概率越小小车流量越大大，横穿的的概率越大大隔离宽路面宽车速高车流量大车速低造成的直接接损失、间间接损失情情况●应注意的问问题：车流量较小小的场合一一般车速会会很高，车车辆横穿护护栏的概率率较小，但但直接后果果同样严重重，间接经经济损失与与流量大的的路段有区区别。●各国运用用实例分析析英国标准：：隔离带2米（以下））交通量≥1.05万辆/天欧共体标准准：隔离带带4.5米（以下））隔离带4.5～6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：护护栏形式式选择与设设计原则公路上设置置的护栏是是一种安全全设施，在在设置护栏栏避免车辆辆与其他危危险物碰撞撞时，应把把护栏当成成危险物看看待。现今今我国高速速公路大部部分采用全全线设置护护栏的形式式，但是其其中有些路路段已经达达到了足够够的路侧安安全净区，，设置不需需要的护栏栏本身也是是一种浪费费但护栏也也是一种障障碍物，同同样会对行行车安全构构成威胁。。因此，设设置护栏是是有条件的的。只有通通过对事故故严重度的的分析，确确定设置护护栏的原则则和标准，，才能获得得最大的安安全性和最最佳的经济济效益。路侧安全净净区路侧安全净净区是指公公路行车方方向最右侧侧车行道以以外、相对对平坦、无无障碍物、、可供失控车车辆重新返返回正常行行驶路线的的带状区域域，是从行行车道边缘缘开始，车车辆驶出路路外后能够够安全驶回回车道的一一个宽度范范围。其主要设设计理念和和设计原则则如下。设置足够的的路侧安全全净区。良好的边坡坡设计。良好的边沟沟设计。考虑安全的的路肩设计计。第三节护护栏设计计的理论基基础第三节护护栏设计计的理论基基础宽容路侧设设计边坡坡度可可以划分为为三种情况况：可恢复复的，不可可恢复的，，危险的。。可恢复坡坡度是1:4或者更缓的的坡度；不不可恢复坡坡度，通常常介于1:3-1:4之间，是可可以被横越越的。危险险坡度是大大于1:3的坡度，此此时应设置置路侧护栏栏，如图所所示，图中中V为边坡的高高度，H为边坡的水水平宽度。。路侧安全净净区AASHTO（美国国家公公路与运输输标准）在《RoadsideDesignGuide》（路侧设设计指南））一书中指指出路侧安安全净区宽宽度的确定定主要依据据：设计车车速、设计计平均日交交通量、边边坡坡度及及平曲线半半径（平曲曲线路段））。在确定直线线路段路侧侧安全净区区宽度（Lz）时，应根根据设计车车速、设计计平均日交交通量、边边坡坡度确确定路侧净净区宽度的的取值范围围。对于平平曲线处路路侧净区的的宽度（Lq），由于车车辆出现意意外情况时时，将沿平平曲线切线线方向驶离离平曲线，，因此保证证车辆能安安全的返回回正常行驶驶路线所需需的路侧净净区宽度也也应适当增增大，因此此在平曲线线处，还应应根据平曲曲线半径值值对平曲线线外侧的路路侧安全净净区宽度进进行修正。路侧净区宽宽度L可由下式确定，K为修正系数数：第三节护护栏设计计的理论基基础计算方法（1）根据第一一边坡坡度度i1及表4-6得到其对应应的路侧净净区的宽度度值L1，若L1≤l1+l0，则L=L1，路侧安全全净区宽度度L计算完毕；；若L1＞l1+l0，则进行下下一步计算算；（2）计算l1+l0占L1的比例p1p1=（l1+l0）／L1根据第二边边坡的坡度度i2及表4-6得到其对应应的路侧安安全净区宽宽度L2，若（1-p1）L2≤l2，则L=l1+l0+（1-p1）L2，路侧安全全净区宽度度L计算完毕；；若（1-p1）L2＞l2，则进行下下一步计算算；（3）……以此类推，，当条件不不满足时，，首先求得得上一边坡坡in-1对应的水平平宽度ln-1占该边坡所所需的宽度度（1-pn-2）ln-1的比例pn-1，再比较（（1-pn-1）Ln与ln的大小，当当前者较小小时即满足足条件，此此时路侧净净区的宽度度L即可得到，，L=l0+l1+…ln+（1-pn-1）Ln。第三节护护栏设计计的理论基基础计算实例[例]如图所示，，某高速公公路直线路路段设计速速度为100km/h，平均均日交交通量量为4500veh/d，路肩肩宽度度为0.5m，第一一边坡坡坡度度为1:6，其对对应的的水平平宽度度l1为4m，第二二边坡坡坡度度为1:4，其对对应的的水平平宽度度l2为5m，试设设计路路侧安安全净净区的的宽度度（取取最大大值））[解]：根据第第一边边坡坡坡度i1及表4-6得到其其对应应的路路侧净净区的的宽度度值L1（取最最大值值）：：L1=9.0mL1＞l1+l0p1=（l1+l0）／L1=0.5根据第第二边边坡的的坡度度i2及表4-6得到其其对应应的路路侧安安全净净区宽宽度L2（取最最大值值）：：L2=6.5m（1-p1）L2=3.25m≤l2则：L=Lz=l1+l0+（1-p1）L2=7.75m安全净净区宽宽度计计算示示意图图对于我我国路路侧安安全净净区的的取值值，建建议根根据平平均日日交通通量来来采用用下图图所示示的宽宽度范范围。。图1为路堤堤段路路侧安安全净净区宽宽度范范围，，图2为挖方方段路路侧安安全净净区宽宽度范范围。。若道道路为为曲线线，则则应该该在参参考图图1或2的基础础上，，根据据车辆辆运行行速度度和平平曲线线半径径加上上图3所示的的修正正值w。第三节节护护栏栏设计计的理理论基基础图1路堤段段路侧侧安全全净区区宽度度图2挖方段段路侧侧安全全净区区宽度度图3路侧安安全净净区宽宽度修修正值值一、波波形梁梁护栏栏的构构造第四节波形梁梁护栏栏设计计波形梁梁护栏栏的构构造及及波形形梁、、立柱柱、防防阻块块、横横隔梁梁、端端头等等构件件应符符合交交通部部颁发发的有有关产产品标标准的的规定定。1.波形梁梁的构构造1）路侧侧波形形梁护护栏的的构造造2）中央央分隔隔带波波形梁梁护栏栏的构构造2.波形梁梁波形梁梁是与与失控控车辆辆首先先接触触的构构造，，波形形梁除除了满满足抗抗拉强强度要要求外外，还还应具具有好好的导导向和和吸能能性能能。3.立柱立柱主主要承承受弯弯矩。。在碰碰撞过过程中中，立立柱起起着非非常重重要的的支撑撑作用用，要要想提提高立立柱强强度，，可以以通过过增大大惯性性矩的的办法法实现现，惯惯性矩矩受立立柱截截面形形状和和面积积的影影响。。4.端头第四节波形梁梁护栏栏设计计●路侧护护栏开开口处处安装装端头头梁和和进行行锚固固处理理。包包括钢钢丝绳绳锚固固件、、混凝凝土基基础两两部分分。●端头头搭结结：端端头搭搭结形形式与与行车车方向向为准准，注注意搭搭结层层次。。各种端端部构构造5.防阻块块第四节波形梁梁护栏栏设计计防阻块块是波波形梁梁与立立柱之之间的的承力力部件件，可可以用用各种种形状状的型型钢来来制造造。波波形梁梁与立立柱之之间加加防阻阻块后后，有有以下下好处处：(1)防阻块块本身身就是是一个个吸能能机构构，可可以使使护栏栏在受受到碰碰撞后后逐渐渐变形形，有有利于于能量量吸收收，减减少乘乘员伤伤亡；；(2)防阻块块固定定在立立柱与与波形形梁之之间，，使波波形梁梁从立立柱上上悬置置出来来，失失控车车辆一一旦与与护栏栏发生生碰撞撞，不不会因因为波波形梁梁紧靠靠立柱柱，而而使前前轮在在立柱柱处绊绊阻；；(3)防阻块块参与与护栏栏整体体作用用后，，可以以使碰碰撞力力分配配到更更多跨跨结构构上，，从而而使护护栏受受力更更加均均匀，，使护护栏的的碰撞撞轨迹迹比较较圆滑滑，有有利于于车辆辆的导导向和和增加加护栏栏的整整体强强度；；(4)有路缘缘石路路段设设置防防阻块块护栏栏时，，可使使波形形梁与与缘石石面的的距离离减少少，减减轻甚甚至消消除由由于失失控车车辆碰碰到缘缘石后后跳起起对护护栏产产生的的不利利影响响。第四节波形梁梁护栏栏设计计二、波形梁护护栏的设计设计基本步骤骤理想的护栏设设计成果必须须建立在大量统计数据据和现场资料料基础上，目前我国国显然缺乏有有效、实用的的统计资料，，长期以来主主要是依赖经验验设计。1）防撞等等级根据前面面所述，，全面分分析所拥拥有现场场资料，，确定该该路段适适用的防防撞等级级。2）构造特特征波形横梁梁形状参参数已统统一标准准，构造造特征主主要是对对立柱、、防阻块块参数选选择。第四节波形梁护护栏设计计立柱参数数截面参数数：立住住截面有有圆管形形、槽形形两种。。圆管中中又分轻轻重两类类，直径径为φ110、φ140mm，重型用用于重载载车多、、越出护护栏后果果及其严严重的路路段。（具体参参数见下下图）第四节波形梁护护栏设计计立柱长度度参数下图为无无防阻块块土中埋埋置立柱柱尺寸。。总长＝＝11＋60＋L＝180、195、110cm。其中L为地下掩掩埋部分分，规定定值110、125、40。土中埋置置尺寸置埋混凝凝土中尺寸取40cm无防阻块块第四节波形梁护护栏设计计防阻块参参数防阻块用用于交通通流中车车种复杂杂的路段段，安装装于横梁和立立柱之间，防防止立柱柱对碰撞撞车辆产产生阻绊绊而影响响横梁的的导向作作用。防阻块有有A、B两种构造造，具体体参数见见下图。。A型防阻块块标准参数数立柱横梁防阻块第四节波形梁护护栏设计计B型防阻块参数A、B两种结构构分别用用于圆管形、、槽形立柱。立柱横梁防阻块第四节波形梁护护栏设计计防阻块用于发生生碰撞之之后，防防止或减减轻立柱柱对车辆辆的阻碍碍。有防阻块圆形立柱护栏安装形式防阻块块重型立立柱构构造轻型立立柱构构造第四节波形梁梁护栏栏设计计立柱埋埋设的的发展展理念念※属于障障碍物物（有有一定定的IS值）※立柱埋埋设方方式和和埋设设密度度确定定刚性性程度度※预期的的目标标刚度度浮动式式基础础消能结结构结构灵灵活安装、、维修修方便便适用护护栏、、标志志便于标标准化化第四节波形梁梁护栏栏设计计3）端头头处理理路侧波波形梁梁护栏栏端部部处理理路侧波波形梁梁护栏栏的起起讫点点应进进行端端头处处理，，可采采用圆圆头式式或地地锚式式。我我国高高速公公路修修建初初期，，护栏栏端头头多用用圆头头式，，在护护栏起起点与与标准准段护护栏之之间通通过渐渐变段段连接接起来来，采采用混混凝土土基础础加索索端锚锚具，，这种种处理理办法法称为为端部部斜展展。这这种端端头在在国外外使用用较普普遍，，因为为制造造容易易、安安装方方便，，在碰碰撞角角度小小的情情况下下有较较好的的导向向功能能，但但如果果失控控车辆辆与端端头正正面相相碰，，有可可能发发生护护栏穿穿透车车箱的的事故故，改改用地地锚式式端头头，通通过斜斜角梁梁逐渐渐伸向向地面面，在在端部部用混混凝土土基础础锚固固，地地锚式式端头头与失失控车车辆正正面碰碰撞时时，车车辆会会沿斜斜置波波形梁梁爬上上而吸吸能；；侧面面碰撞撞时，，同样样具有有较好好的导导向功功能。。行车方方向的的上游游端头头宜设设置为为外展展地锚锚式或或圆头头式，，端头头与护护栏标标准段段之间间应设设置渐渐变段段；行行车方方向下下游端端头可可采用用圆头头式，，并与与标准准段护护栏成成一直直线设设置；；在填填挖路路基交交界处处护栏栏起点点端头头的位位置，，应从从填挖挖零点点向挖挖方延延伸20m，并设设置为为外展展圆头头式外展圆圆头式式端部部处理理第四节波形梁梁护栏栏设计计圆头式式端头头结构构图（（有防防阻块块、圆圆形立立柱））第四节波形梁梁护栏栏设计计中央分分隔带带波形形梁护护栏端端部处处理设置于于中央央分隔隔带起起、终终点及及开口口处的的护栏栏应进进行端端头处处理，，不加加处理理的端端头是是极端端危险险的，，车辆辆与金金属类类护栏栏碰撞撞时，，可能能导致致端梁梁刺穿穿车箱箱，车车辆与与钢筋筋混凝凝土护护栏正正面相相碰时时，将将产生生巨大大的碰碰撞力力。迎面碰碰撞时时，端端头处处理的的防撞撞装置置不能能带刺刺、产产生拱拱起或或使车车辆翻翻滚，，车辆辆在碰碰撞过过程中中产生生的加加速度度不能能超过过要求求的限限度。。在端端头和和标准准段之之间发发生碰碰撞时时，端端头结结构应应具有有与中中央分分隔带带标准准段护护栏相相同的的改变变车辆辆方向向的性性能。。端头头型式式可分分分设设型和和组合合型，，分设设型波波形梁梁护栏栏端头头应与与中央央分隔隔带线线形相相一致致。在在一定定长度度范围围内，，波形形梁护护栏从从两条条平行行线逐逐渐按按一定定比例例往分分隔带带内缩缩窄，，一般般呈抛抛物线线形；；立柱柱间距距为2m，圆端头头的半径径应与分分隔带开开口处的的线形相相一致，，一般为为25cm。中央分隔隔带护栏栏端部处处理第四节波形梁护护栏设计计中央分隔隔带分设设型护栏栏的端头头构造图图（尺寸寸单位：：mm）中央分隔隔带组合合型护栏栏的端头头构造图图（尺寸寸单位：：mm）4）过渡段段处理第四节波形梁护护栏设计计过渡段的的设置条条件为：：路侧设置置护栏时时，路侧侧护栏和和桥梁护护栏之间间应进行行过渡段段连接设设计。路侧没有有设置安安全护栏栏时，可可按路侧侧护栏设设置条件件设计过过渡段。。通过过渡渡段的设设置保证证了护栏栏整体刚刚度的逐逐渐过渡渡，避免免了大刚刚度护栏栏成为路路侧障碍碍物一、缆索护栏的构构造第五节缆索护栏栏设计路侧缆索索护栏由由端部结结构、中中间端部部结构、、中间立立柱、托托架、缆缆索和索索端锚具具等组成成。如图图所示。。缆索护栏栏装配图图二、缆索护栏的设计第五节缆索护栏栏设计缆索护栏栏一般情情况下适适用于公公路路侧侧，主要要出于两两点考虑虑：①缆缆索是承承受拉应应力和失失控车辆辆冲击力力的主要要构件，，护栏缆缆索受拉拉，在弹弹性范围围内工作作，可以以重复使使用、容容易修复复，但冲冲击力太太大时不不易挡住住；②缆缆索护栏栏的横向向动态变变形较大大，而我我国高速速公路、、一级公公路的中中央分隔隔带都较较窄，即即使碰撞撞车辆未未冲断护护栏也有有可能影影响到对对向行车车的安全全。因此此，4.5m以下宽度度的中央央分隔带带不宜设设置缆索索护栏。。其设计要要点主要要包括如如下5条。1.端部处理理2.中间端部部处理3.中间立柱柱处理4.护栏托架架处理5.缆索与索索端锚具具处理一、混凝土护栏的构造第六节混凝土护护栏设计计路侧混凝凝土护栏栏按构造造分为F型、单坡坡型、加加强型三三种，应应根据路路侧危险险情况选选用；中央分隔隔带混凝凝土护栏栏可采用用整体式式或分离离式，可可根据中中央分隔隔带的宽宽度、构构造物和和管线的的分布加加以确定定。F型混凝土土护栏构构造（单单位：cm）单坡型中中央分隔隔带混凝凝土护栏栏（单位位：cm）二、混凝土护栏的设计第六节混凝土护护栏设计计每节混凝凝土护栏栏的纵向向长度，，在浇筑筑、吊装装条件允允许时，，应采用用较长的的尺寸。。预制混混凝土护护栏长度度宜为4-6m；现浇混混凝土护护栏的纵纵向长度度应按横横向伸缩缩缝的要要求确定定，一般般为15-30m。现浇混混凝土护护栏每3-4m应设置一一道假缝