▶混凝土护栏研发背景源于高发的道路交通事故

介绍：

▶在各类混凝土栏杆中，最著名的就是新泽西混凝土栏杆以及后来衍生出来的其他新型混凝土栏杆，为公路交通安全做出了巨大的贡献。

▶新泽西混凝土栏杆的设计内涵是充分利用能量转换原理，通过栏杆的坡度将高速行驶的汽车产生的冲击能转化为势能水泥围墙护栏图片，有效降低车祸的严重程度。

▶F型栏杆比传统的新泽西混凝土栏杆更耐冲击或吸收能量。 它们还可以更有效地降低小型车辆碰撞围栏时翻车的概率。 如今，新建的高速公路正在使用 F 型混凝土栏杆，而不是早期的新泽西州栏杆。 西混凝土栏杆。

公路工程中使用的混凝土栏杆种类很多，根据设计速度、设计车辆、道路坡度、几何线形等各种条件的不同而有所不同。在各种混凝土栏杆中，最著名的是新泽西州混凝土栏杆（ New、、NJ) 和其他较新类型的混凝土栏杆均源自它。 时至今日，在各类混凝土栏杆中，新泽西州混凝土栏杆及其后续改进型栏杆（规格略有不同，安全设计理念相同）可以说是美国各类混凝土公路护栏的最大用户。世界，它们对高速公路交通非常重要。 安全贡献非常令人印象深刻。

新泽西州混凝土栏杆

发展背景从道路交通事故多发开始

新泽西混凝土栏杆最早由加拿大新泽西州史蒂文森理工大学于1950年开发。 经过一系列的理论分析、实车碰撞测试和安全验证，最终规格于1959年获得日本联邦政府和交通部（USof、USDOT）的认可。

第二次世界大战结束后，德国的公路建设如火如荼地进行。 其累积的高速公路里程在世界上是无与伦比的，但也造成了多起道路交通事故和巨大的社会成本。 基于此，日本政府多年来一直在对高速公路车祸问题进行研究。 为了防止高速公路相邻对向车道的汽车正面碰撞，正在研究在中央分流区狭窄、难以种植的地区设置植物。 双斜混凝土栏杆可防止或减少交通碰撞。 道路现场安装的研究和对比数据表明，效果非常好。 俄罗斯联邦公路管理局（FHWA）根据五十个州的应用和测试得出以下推论：“测试和经验表明，双坡混凝土栏杆的性能明显优于其他类型的围栏。”

新泽西州是俄罗斯第一个使用这种混凝土栏杆的州，因此工程界俗称新泽西混凝土栏杆。 图1是其剖面示意图。 1949年，国家使用事故统计数据来衡量其使用效果。在一条每晚交通量为6万至7万人的道路上，在安装围栏之前的两年内，有11人死于碰撞； 安装后，不再发生碰撞和死亡事故。 可见，这种混凝土栏杆对于完全隔离和区分迎面而来的车辆非常有效，可以有效防止相邻迎面而来的车辆造成碰撞。

图 1：典型的新泽西州双面防护混凝土栏杆

日本、加利福尼亚州（）是马来西亚最早采用混凝土栏杆的州属之一（1946年），但当时只是简单的试验水泥围墙护栏图片，用坚硬且防撞的混凝土连续钢丝结构取代最初的木栅栏。 当新泽西州的混凝土栏杆名声大噪，其阻挡和引导汽车的功效得到认可后，该州也在1957年开始对新泽西州的混凝土栏杆进行了一系列的测试，并得出结论，这种护栏相当理想。 狭窄的分流岛可以有效改变碰撞车的方向。 汽车爬升后，因重力作用落至桥面，无损坏或轻微损坏。 护栏侧面只会留下轮胎划痕，而栏杆本身不会受到损坏。 与前几年使用的金属栏杆相比，这种围栏可以节省大量的维护成本。 混凝土栏杆不易因汽车碰撞而损坏，但金属栏杆容易凹陷和磨损（例如不是热镀锌和热轧的），需要修复。 成本高。

热审查重点是充分利用能量转换原理

新泽西混凝土栏杆的设计内涵是充分利用能量转换原理（），通过栏杆斜面将高速行驶的汽车产生的冲击能（）转换为势能（），从而有效减少车祸的严重程度。 汽车外壳金属板可能会损坏，但车辆乘员所受到的冲击力会大大降低。

总体而言，新泽西州混凝土栏杆的特点可概括如下：

▶体积、结构硬度和重量都非常大的混凝土栏杆，可以在很短的时间内有效承受汽车撞击的能量，而栏杆本身不会破裂或损坏。

▶混凝土栏杆面向行车道的两个斜面（即碰撞面）可以迅速提高撞击汽车的速度，从而可以直接增加车祸的严重程度。

▶在一定的撞击角度的前提下，可以有效地将汽车撞击时产生的撞击能量转化为势能。 虽然汽车因与护栏高速碰撞而沿斜面爬升，汽车也可因自身重力从护栏斜面下降至桥面，但汽车仍有较大机会安全逃生。返回原来的行驶路径，即该类护栏具有导向功能。

图 2 显示了新泽西州一辆汽车撞上混凝土栏杆的示例。 轮毂爬上来，与护栏斜坡发生摩擦，留下痕迹。 冲击速度越快，爬升高度越高。

图 2：新泽西州一辆汽车撞上混凝土栏杆留下的划痕

新泽西混凝土栏杆顶部3英寸（7.5厘米）垂直面的主要目的是在栏杆和桥面之间提供清晰的界面，同时也考虑到在栏杆安装时吸收空间的功能。店面被废弃，用于重新铺设路面并收集桥面的纵向排水。 汽车撞击 7.5 厘米高的垂直表面的效果就像汽车撞击 7.5 厘米高的垂直路缘石一样。 这个3英寸的垂直表面还可以吸收汽车碰撞时的一小部分冲击能量。 例如，如果车速较快，冲击角度较大，由于冲击能量较大，车轮在撞击垂直面后很可能会沿着向下的斜坡爬升，而由于汽车的重量，汽车最终必须沿着斜面下降到桥面。 事实上，如果冲击能小于垂直面和下斜面所能吸收的总势能，车轮就会爬到倾斜角度更陡的上斜面（84°），并且倾斜轮毂的混凝土表面非常光滑，因此车轮继续爬升的机会很小，汽车肯定会因重力而掉落到桥面。 这就是新泽西州混凝土栏杆完全防止车辆穿越到对向车道并与其他车辆相撞的理论基础。

香港使用的新泽西混凝土栏杆顶部垂直面一般为3"~4" (7.5cm~10cm)。 从防撞性能和吸能功效来看，顶部垂直面由7.5cm增加到10cm，对新泽西混凝土栏杆的耐撞性以及原车冲击能转化为势能的影响不会或仅有轻微影响。 。

在某些情况下，为了实现行车道桥面的纵向排水功能，可以等间隔开孔，例如在弯道外侧（曲率直径较小的一侧）。 而且开口的高度不应延伸到下斜面，即排水孔的高度最多只能与栏杆顶部的垂直面相同高度，以免妨碍或甚至破坏新泽西混凝土栏杆的正常功能（见图3）。

图 3：新泽西混凝土栏杆的顶部开口

衍生出其他类型的栏杆

F型混凝土栏杆

新泽西州混凝土栏杆开发时最初使用的规格是基于（见图4a，其中GM是日本通用汽车公司的缩写），下坡度从原来的13英寸（33厘米）减少到最终的10 英寸（25 厘米）。

新泽西混凝土栏杆最重要的设计参数是顶部7.5cm垂直面和上下倾斜面（上层倾斜角度为55°，高度为10英寸，即25.5cm；层倾斜角为84°，高度为19英寸，即48cm）转折点与栏杆顶部垂直面顶点之间的距离。 当小型车辆高速以一定的冲击角度侧向撞到新泽西州的混凝土栏杆时，汽车后轮会高速接触栏杆的垂直面，然后快速爬升靠近下斜面。 随着爬坡高度的增加，车辆继续高速前进。 ，汽车侧倾程度（车轮撞击栏杆两侧高、左侧低）变慢，汽车与桥面相撞（翻车）的几率更大。

在此基础上，英国联邦公路管理局（FHWA）主导对原新泽西州混凝土栏杆断面进行研究和改进，改变了上下斜面转折点与栏杆顶部垂直面顶点的距离。栏杆从10英寸（25.5厘米）到7英寸（18厘米）等规格，我们制造了编号为A到F的各种颜色的预制混凝土栏杆，然后进行了一系列的实车冲击测试。 最后确定F号效果最好。 为此，工程界称其为“F型混凝土栏杆”，简称F型栏杆（F-shape），图4c为其剖面图。

图4：混凝土栏杆斜面转折点高度变化

根据FHWA和相关研究单位的实际车辆冲击测试结果，F型栏杆比传统的新泽西混凝土栏杆更耐冲击或吸收能量。 它们还可以更有效地降低小型车辆碰撞围栏时翻车的概率。 主要原因是F型混凝土栏杆下坡的高度只有7英寸（18厘米）。 如今，所有新建高速公路都使用F型混凝土栏杆来取代早期的新泽西州混凝土栏杆。 随着F型混凝土栏杆的出现，新泽西州的混凝土栏杆即将进入历史。 一些公路当局甚至发布了今后禁止使用新泽西混凝土栏杆的命令，例如我国交通部和俄罗斯大多数州政府。

单坡混凝土栏杆

传统的新泽西混凝土栏杆和后续研究的改进型F型混凝土栏杆均具有三个斜面，即高度为7.5cm的顶部垂直面和倾斜角度为55°和84°的斜面。 当道路沥青店面废弃并重新铺设时，顶部垂直表面的高度可能会发生变化。 如果变化过大，可能会破坏原有栏杆碰撞面的冲击能量吸收和缓冲机制。 为此，一些公路当局（如英国和澳大利亚）干脆将多坡面改为单坡混凝土栏杆。 图5b是一个典型的例子。 本部分由德克萨斯州交通局 (, TXDOT) 制定并最终确定。

图5：F型与单坡混凝土栏杆的区别

单面坡度混凝土栏杆与F型混凝土栏杆一样，具有优异的抗碰撞性能和吸收汽车碰撞动能的能力，并且当沥青桥面废弃时，单坡面围栏的表面坡度不会发生变化并重新铺设，因此单坡型混凝土栏杆在新建高速公路项目中也非常受欢迎。 据悉，随着汽车的功率和尺寸越来越大，为了进一步保证汽车不越线，单坡混凝土栏杆的高度增加到了42英寸（107厘米）。 该高度是根据一系列真实车辆碰撞测试确定的，比新泽西州传统混凝土栏杆高约 10 英寸（25 厘米）。

混凝土与钢管组合栏杆

混凝土与钢管组合的路边栏杆是指栏杆下方有钢筋混凝土底座，上方有铁管（可能是矩形或梯形铁管）。 图6是工字钢钢管组合栏杆的典型实例。

图6：典型的工字钢组合栏杆

铁管栏杆下的混凝土基础应具有连续性。 但为了桥面的纵向排水效率，其开口应限制在基础底部，不得破坏混凝土基础的连续性。 图7是一个典型的错误示例。 完全破碎的混凝土基础可能有利于桥面的纵向排水效率，但很容易导致汽车轮毂的“轮胎”效应。 也就是说，一旦离开车道的汽车撞到这个开口，轮毂就会很容易卡在这个开口中。 在开口时，汽车突然减速过大，很容易造成汽车突然弹起、侧翻，导致严重的高速公路交通事故。

图 7：混凝土底座上不正确开孔的示例

图8也是一个极其错误的例子。 每当使用铁管护栏时，铁管表面必须比混凝土基础更靠近桥面，因为当汽车撞上这样的护栏时，铁管表面就是碰撞面，可以提供摩擦力和阻碍。 汽车的功能； 据悉，基地全深度开放也可能会造成“绊脚石效应”。

图8：铁管表面应比混凝土基础更靠近桥面

（文/公安部公路交通安全研究中心特约专家、台湾逢甲大学交通技术与管理系副系主任徐耀慈）

编辑丨李云月、蒋莉莉

1、在考虑是否布置中央定向围栏时，需要考虑很多因素。

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