1、新型中央分隔带开口护栏的实车碰撞试验研究 余虹璇 蒋成海 钟浩 张绍理 湖南省长益高速公路扩容工程建设开发有限公司 湖南省交通规划勘察设计研究院 北京深华达交通工程检测有限公司 摘 要： 依托长 (沙) -益 (阳) 高速公路中央分隔带开口护栏实车足尺碰撞试验, 介绍了最新的公路护栏安全性能评价标准, 对试验准备、数据采集以及评价方法作了全面概述, 同时对试验条件作了详细说明, 为今后公路护栏的研究测试提出经验性参考, 也为其他相关交通安全防护设施研究提供借鉴。关键词： 道路安全; 中央分隔带开口护栏; 评价标准; 实车足尺碰撞试验; 评价方法; 收稿日期：2017-06-15Received
2、： 2017-06-15高速公路中央分隔带开口一方面应能够确保紧急情况下供车辆横向穿越到对向车道;另一方面应能够有效防止事故车辆冲入对向车道造成严重的二次事故。近些年来, 车辆碰撞中央分隔带位置闯入对向车道发生二次碰撞的事故频发, 易造成群死群伤恶性后果。关于护栏安全性能评价标准已由行业推荐性规范高速公路护栏安全性能评价标准 (JTG/T F83-01-2004) (以下简称旧标准) 1变更为行业规范公路护栏安全性能评价标准 (JTG B05-01-2013) (以下简称新标准) 2。新标准对中央分隔带开口护栏评价指标做出了明确规定, 对碰撞试验提出了更高的要求, 并强制要求采用实车足尺碰撞试
3、验方法评价护栏安全性能, 并严格要求按试验条件完成试验。目前, 中央分隔带采用的护栏形式存在防护能力不足 (不具备防撞能力或防护等级仅达到 A 级) 、开启移动不便、难以满足长中央分隔带开口防护需求、造价高、维修养护困难等问题3-5。因此亟需研发一种新型中央分隔带开口护栏装备, 以满足行业发展需求。湖南长 (沙) -益 (阳) 高速公路新型中央分隔带开口护栏是一种高等级、新结构、大长度 (适用于 50m 开口长度) 的护栏形式。其防护等级要求达到 SA 级, 即防撞能量 400kJ, 实车足尺碰撞试验是检测新型护栏防护能力的有效合法途径, 通过试验检测, 确保护栏防护能力满足新标准各项指标要求
4、。1 试验准备1.1 碰撞试验基本情况根据新标准要求, 开口护栏需要对护栏中点位置和距端部 2m 位置进行两组实车碰撞试验, 见图 1, 评价开口护栏的整体安全性能, 须两处碰撞位置、3 种车型、六次试验各项指标均满足评价要求, 才能认为新型护栏的安全性能达到SA 级防护等级水平。图 1 中央分隔带开口护栏的碰撞点位置 下载原图1.2 碰撞试验条件碰撞条件主要包括试验车辆 (包括车型和车重) 、碰撞角度及碰撞速度6。根据长益高速公路中央分隔带开口护栏设计防撞等级以及新标准试验要求, 试验车辆采用小型客车、大型客车和大型货车三种车型, 其中小型客车主要测试开口护栏的缓冲能力, 大型客车及大型货车
5、主要测试开口护栏的阻挡功能、导向功能。试验条件见表 1, 各项指标控制精度见表 2。表 1 碰撞试验条件 下载原表 表 2 试验各项指标控制精度 下载原表 1.3 试验场地及试验护栏试验场地由车辆牵引系统、车辆加速系统、车辆导向系统、碰撞广场和试验车辆剩余能量吸收路床组成, 见图 2。图 2 试验场地 下载原图利用山坡地势修建加速坡道, 坡道总长度为 140m, 起末端高差 47.8m, 总体坡度为 32.8%, 上半部为直线段, 下半部为凹曲线段, 尾部 20m 为平坡段。坡道纵断面线形为 4 次函数曲线, 其坐标见图 3。车辆通过位于坡道顶端的卷扬机实现, 通过索引高度确定车辆碰撞速度;车
6、辆导向系统通过导向小车保证车辆的行驶方向、脱钩装置保证车辆在碰撞护前 10m距离内运行不受任何外力 (如转向、制动) 影响;路面平整, 保证车辆在接近安全设施时姿态稳定。图 3 坡道线形坐标 下载原图碰撞广场段保证护栏样品的有效安装, 能够完整记录碰撞车辆的运行轨迹及护栏变形情况。广场长度不小于 70m, 宽度不小于 15m, 以满足试验需求。为不影响测试结果, 测试区域应总体平整, 表面摩擦系数与安全设施安装位置路面一致。广场整体上设置不大于 2.5%的坡度, 有利于排水, 并且在测试的时候方便清理其 (表面的) 积水、冰块或雪花。在车辆碰撞护栏后驶出区域应铺筑碎石路床以吸收碰撞车辆的剩余能
7、量, 并尽可能保障车辆不与除试验样品以外的障碍物碰撞, 这种碰撞会使测试车辆产生额外的变形, 因此妨碍准确测量车辆驾驶室变形指标。试验护栏应与其设计图纸相符, 包括护栏形式、材料、高度、断面形式等。长益高速公路新型中央分隔带开口护栏试验样品安装高度 1 100 mm、宽度606mm、长度 50m, 单侧过渡段长度 2 706mm。护栏中部位置立柱间距 2 m。端部位置立柱逐渐加密。碰撞位置位于护栏中点和距端部 2m 位置处。2 试验数据采集及结果分析试验过程中通过在顶部、正前方、正后方设置 3 台拍摄能力不低于 500 帧/s 的高速摄像机, 在顶部、前方、后方、左前方、右前方设置 5 部数码
8、相机, 记录车辆与护栏碰撞全过程, 通过高速摄像分析车辆碰撞角度、护栏动态变形、车辆外倾、运行姿态及轨迹等指标, 通过数码相机全方位记录碰撞过程 (影像采集系统见图 4) ;在车辆碰撞护栏前 6m 位置设置速度采集仪, 测量车辆碰撞速度;在小型车辆内部安装数据采集系统, 测试小型车辆碰撞加速度及碰撞速度, 验证护栏缓冲性能。试验完成后, 对试验采集数据和图像进行分析处理, 对分析结果按照新标准性能指标进行评定。新标准对中央分隔带开口护栏规定了如下安全性能指标8:图 4 影像采集系统 下载原图(1) 阻挡功能:应能够阻挡车辆穿越、翻越和骑跨;试验护栏构件及其脱离件不得侵入车辆乘员舱。(2) 缓冲
9、功能:乘员碰撞速度的纵向与横向分量均不得大于 12m/s;乘员碰撞后加速度的纵向与横向分量均不得大于 200m/s。(3) 导向功能:车辆碰撞后不得翻车;车辆驶出驶离点后的轮迹轨迹应满足驶出导向框要求。2.1 护栏中点位置碰撞试验结果及分析实车碰撞试验数据采集主要包括试验车辆的实际质量、实际碰撞速度、实际碰撞角度、乘员碰撞速度以及乘员碰撞后的加速度9,10, 结果见表 3, 缓冲性能曲线见图 5。表 3 试验检测结果 下载原表 图 5 缓冲性能测试曲线 下载原图根据新标准要求, 碰撞条件测试结果满足试验条件控制精度要求, 阻挡功能、缓冲功能及导向功能满足要求。图 6 为试验过程中车辆的行驶轨迹
10、, 车辆碰撞后未穿越、翻越和骑跨护栏, 也无翻车现象。2.2 护栏端头位置碰撞试验结果及分析护栏端头 2 m 处试验同护栏中点处试验数据测试方法相同, 见表 4。缓冲性能曲线见图 7, 碰撞条件实测结果满足新标准对碰撞条件的精度要求, 阻挡功能、缓冲功能及导向功能满足要求。试验车辆碰撞后的行驶轨迹见图 8。图 6 试验车辆碰撞后行驶轨迹 下载原图表 4 试验检测结果 下载原表 图 7 缓冲性能测试曲线 下载原图图 8 试验车辆碰撞后行驶轨迹 下载原图由图 8 可知, 试验车辆碰撞后未发生穿越、翻越和骑跨护栏的现象, 车辆未翻车, 轮迹满足驶出导向框要求。3 结语本文依托于长益高速公路项目, 针
11、对新型中央分隔带开口护栏, 通过实车足尺碰撞试验验证其防撞等级, 试验结果表明, 试验护栏满足新标准对 SA 级中央分隔带护栏的安全性能评价指标。通过对新型中央分隔带开口护栏的实车碰撞试验的研究, 详细介绍了新标准对中央分隔带的安全性能评价指标, 对试验结果进行评定, 为今后我国高速公路中央分隔带开口护栏的设计及其他道路安全设施提供经验参考。参考文献1JTG/T F83-01-2004 高速公路护栏安全性能评价标准S. 2梁亚平.新型框架式中央分隔带开口护栏结构探析J.公路交通科技:应用技术版, 2016, (10) :200-201. 3孙兆岩.高速公路中央分隔带充填式活动护栏研究D.天津:
12、河北工业大学, 2015. 4新规范J.公路, 2013, (12) :124. 5杜永安, 崔红安.高速公路改扩建工程中央分隔带改善对策J.公路交通科技:应用技术版, 2015, (1) :168-170. 6于树平, 乔希永.高速公路安全护栏试验方法及评价标准的分析研究A.中国汽车工程学会第七届汽车安全技术会议论文集C.大连, 2002. 7樊志强, 韩雪.郑洛高速公路改扩建旧路中央分隔带开口方案设计J.中外公路, 2013 (1) :6-9. 8JTG B05-01-2013 公路护栏安全性能评价标准S. 9钟子锦.高速公路中央分隔带活动护栏常用形式与技术改进J.黑龙江科技信息, 2008, (21) :238+186. 10刘少源.高速公路汽车与护栏碰撞的动力特性研究D.北京:清华大学, 1994.
