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高速公路中央分隔带新型混凝土护栏实验研究

项目名称：	高速公路中央分隔带新型混凝土护栏实验研究
摘要：	简要技术说明：本课题由福建省高速公路建设总指挥部（福建省高速公路有限责任公司）于2002年6月申报立项。其立题背景是：我国高速公路目前大量使用的中央分隔带波形梁刚护栏存在横向变位大、防护能力较低，不适用大量重型车辆的使用现状。在实际使用中多次发生车辆冲过中央分隔带护栏酿成重大伤亡的恶性事故，而且这类护栏存在立柱穿透路基防水隔离层、在多雨地区易造成路基病害，以及易对通信管道造成连带破坏等问题。中央分隔带混凝土护栏存在的优势则是：防撞能力强、合理选择迎撞面坡度和高度后可获得良好的导向功能、日常养护和养护维修工作量小、节省路基宽度。但目前已修建的混凝土护栏大都是采用美国70年代的新泽西型护栏，该型护栏在车速较高时容易造成翻车引发二次事故，且也存在防眩、排水和通讯管线维护不便等问题。随着高所公路向重丘山岭区发展，中心城市间高速公路交通量的日益增长，推广应用混凝土护栏，以节约土地、节省建设投资，减少人员伤亡、减低事故损失，与很大的实用意义。为达到以上目标，有必要对高速公路中央分隔带混凝土护栏作进一步的实验研究，能解决原有设计计算方法存在的缺陷，从而优化结构、简化工艺，改善护栏几何尺寸，并统筹解决防眩、排水和通讯管线布设等问题，为我国高速公路建设提供一种安全可靠、经济实用。功能配套的中央分隔带混凝土护栏形式。根据福建省高速公路建设的客观需要，结合京福国道主干线福建境内高速公路工程建设，开发出一种安全可靠、具有防撞、绿化、防眩等综合交通功能的中央分隔带新型混凝土护栏。通过对福建省和其他省份二十条、共4000多公里高速公路护栏情况的调查数据，参考相关资料和标准，综合分析确定本项目碰撞试验条件和安全评价标准。本研究采用静力和动力学理论、模型试验、动态数值模拟技术等先进手段，系统分析了新型中央分隔带混凝土护栏稳定性影响因素，提出了护栏基础的支撑块石影响护栏稳定性决定因素的见解，确定了支撑块的布置方式；建立了混凝土护栏动力学设计理论模型，给出了护栏碰撞力和护栏位移的关系公式；提出了动力荷载作用下，护栏钢材的屈服应力值和护栏的钢筋布置方式，为今后混凝土护栏设计提供了理论基础；经三期设计、10次实车碰撞验证实验，成功地开发出防护能力达到440KJ的新型中央分隔带混凝土护栏，护栏各项指标均满足安全评价标准要求。为指标护栏施工，编写了新型中央分隔带混凝土护栏施工工艺指导手册。新型中央分隔带混凝土护栏具有良好的综合效益。一是通过试验和现场研究、优化了中央绿化植物组合；二是护栏在标准路段不设纵向排水沟，只在混凝土护栏基础底下设置防水隔离层，避免水分渗入路基中路基排水系统，简化路基排水及通讯管道施工；三是根据2005三福高速公路统计数据，新型中央分隔带混凝土护栏与波形梁钢护栏比减少了99%以上的维修工作量；四是新型中央分隔带混凝土护栏路产损失减低了96.7%；五是新型中央分隔带混凝土护栏直接造价虽比波形梁钢护栏造价增加了2.77倍，但防护能力增加了4.34倍，大大减少了事故损失和人员伤亡人数，具有良好的性价比。主要技术创新点 1、在国内外首次采用动力学理论计算分析护栏强度设计。本项目用动力学计算方法、应变率影响因素和动力学原理对混凝土护栏结构进行了受力分析，并提出了混凝土护栏强度的计算方法。通过实车碰撞实验验证其计算结果与碰撞实验结果基本吻合。 2、通过模型试验和有限元方法对护栏的稳定性进行了研究。分析了护栏间的支撑块和土体对护栏稳定性的作用效果。 3、在国内首次对护栏的防撞性能、绿化、防眩，路基排水与通讯管道系统、护栏施工与养护进行了综合性的实验研究。主要技术性能指标： 1、研究开发的新型中央分隔带混凝土护栏，满足失控车辆不穿越（或翻越）护栏、乘员加速度不大于20g等安全评价标准要求，防护能力达到404KJ。 2、建立了较为合理。应用方便的中央分隔带混凝土护栏结构强度动力设计计算方法，系统研究分析了新型中央分隔带混凝土护栏稳定性影响因素，提出了护栏基础的支撑块石影响护栏稳定性决定因素的见解，确定了支撑块的布置方式。 3、具备适应当地环境生长条件的绿化植物吻合；实现有效防眩和环境绿化美化的结合；改善排水设计，形成良好的防水能力和简约的排水系统；优化通讯管道设计，提高施工效率和方便维护；护栏日常维修工作量比波形梁钢护栏减少了99%以上，降低路产损失了95%以上，造价与防护能力的性价比好，具有良好的社会效益和经济效益。
关键词：	新型混凝土；混凝土护栏；实验研究；安全评价标准；波形梁钢护栏；路基；稳定性影响因素；中央分隔带护栏；维修工作量；排水
项目负责人：	吴大元
参与人员：	吴大元、郑蔚澜、张颖、白书锋、杨杰、张晶、钟发林、杨尚海、徐刚、刘巨伟、张绍理、梁道盛、郑琼水、潘向阳、贾日学、汤文杰、漆光荣、黄文机
组织单位：	福建省高速公路有限责任公司、福建省高速公路建设总指挥部
主持或承担单位：	福建省交通规划设计院、三明京福高速公路有限责任公司、北京深华达交通工程技术开发有限公司
项目类别：	地方交通科技项目
起止年限：	2005-8-16～2005-12-12
立项年份：	2005