CN102444094B - 高速公路中央分隔带波形梁护栏加固及防眩设施改善方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高速公路中央分隔带波形梁护栏加固及防眩设施改善方法，属于公路附属设施领域。该方法用长杆(1)、短杆(2)、内衬管(4)焊接形成X型剪力撑，并通过旋转扣件(3)，将剪力撑与对向护栏立柱相连接，梁柱式护栏结构变为X型剪力撑框架结构；将两根防眩板立柱焊接于剪力撑上，并用固定螺栓将防眩板固定于防眩板立柱上，形成双排防眩板结构，并将防眩板平面与道路前进方向垂面设立3～5°夹角，以达到最佳防眩效果。改善后护栏立柱抗弯刚度提高了10倍以上，护栏防护能力提高80％以上，同时防眩效果也得到改善。本发明具有成本低、环保、易于施工等优点，可应用于路基路段的中央分隔带波形梁护栏的加固及防眩设施的改善。

Description

高速公路中央分隔带波形梁护栏加固及防眩设施改善方法

技术领域

本发明涉及高速公路中央分隔带波形梁护栏加固和防眩设施的改善方法，属于公路附属设施领域。

我国早期高速公路设计车速较低，中央

背景技术分隔带一般为1.0～3.0m，交通部公路司1995年发文(公设字[1995]74号)“今后设置中央分隔带护栏，原则上应采用波形梁钢护栏”。我国高速公路一般依据高速公路交通安全设施设计及施工技术规范(JTJ 074-94)，采用波形梁护栏设施进行防护，防护等级低(中央分隔带一般为弱柱式波形梁护栏，防护等级为Am/Sm级)。随着出行者时间价值以及汽车性能的逐步提高，大量早期修建的高速公路的管理车速已经无法满足人们的出行需求，高速公路普遍面临着提速的问题，同时车辆载重的不断提高也使得护栏防护要求有较大提高。1994交通安全设施规范(JTJ074-94)Am/Sm级护栏对应2006新安全设施规范(JTGD81-2006公路交通安全设施设计规范)中的Am/SBm级护栏，防护能量分别提高了69.7％及72.0％，也导致高速公路运营过程中，中央分隔带特别是弯道处时常发生高速车辆撞倒立柱，冲到对向车道的交通事故，我国高速公路上与中央分隔带相关的事故约占事故总数的30％。发生的对向行驶车辆正面碰撞事故占高速公路总事故数的6％左右。

因此现有高速公路中央分隔带波形梁护栏亟需加强。一般做法是将原有护栏设施拆除重建，但拆除后的护栏设施基本上废弃，新建设施具有造价高，色彩斑驳不美观，且施工对中央分隔带管线及排水设施有一定破坏，这对现有资源和资金将是一种极大的浪费。

对沪宁高速、京港澳高速京石段护栏实验表明，经过6-8年使用的护栏立柱、波形梁强度均能满足钢材的使用要求。高金虎在“高速公路中央分隔带波形梁护栏改造方案研究”一文(《交通标准化》，总第226期，2010年8月上半月刊)总结了常用三种加固方法。

1)加密护栏立柱；

2)采用内外套管方法将立柱接高，拆掉原有双波板，安装三波板；

3)增设高立柱，并增设一道波形梁护栏。

这三种加固方案护栏防护等级都得到提高，但有局限性，主要表现在：

1)侧重于波形梁的加固，单柱的抗弯、抗剪能力未能有效提高，以Gr-Am-4E和Gr-Sm-2E护栏为例，现状结构均为强梁弱柱构件，立柱侧向抗弯刚度仅为波形梁体的12％～15％，因此立柱容易倒伏，梁体不容易破坏；

2)未能与对向护栏结合起来；

3)中央分隔带开挖，对原有埋设的管线设施有一定破坏；

4)由于新旧设施处于同一视觉平面上，色差较大，导致总体美观性较差；

5)大交通量条件下中央分隔带护栏的维护极为不便，社会成本较高。

因而，三种加固方法的经济性、环保性、美观性并不理想，因此亟需新的加固方法。

防眩设施：早期高速公路路基多采用中分带植物防眩，但由于其对防眩植物的株距及防眩植物冠幅有较高要求，施工中较难控制，同时对于降水量较小的地区，防眩植物的滴灌、维护、保养难度较大，因此效果欠佳，后期多改为防眩板结构。由于防眩板不容易固定在波形梁护栏上，因此对于路基护栏一般采用如图1的防眩板防眩，防眩板通过立柱打入中央分隔带地基，同时一般采用单排防眩板，因此道路前进方向防眩板较密，间距一般为50～100cm，对中央分隔带的地基及管线有一定破坏；由于防眩板较高，立柱较长，结构长细比较大，导致在遇到大风时防眩板容易倒伏。防眩板立柱必须打入基础较深才能保持结构稳定性，因此结构造价偏高。

总体而言，传统高速公路波形梁护栏加固方法在加固、经济、环保、美观等方面存在诸多不足，同时传统防眩设施也不够安全、经济，且与波形梁未能形成一个整体。因此亟需新的设计方法。

发明内容

本发明针对高速公路弱柱式波形梁护栏结构体系，普遍存在的立柱容易倒伏的结构特性；参照土木工程中剪力撑结构抗震性能优越，能抵抗较大反复作用力的特点，提出了利用X型剪力撑将中央分隔带对向护栏立柱连接加固方案。加固后护栏为双排剪力撑框架结构，结构特性由强梁弱柱变为强柱弱梁，护栏立柱的抗弯、抗剪能力得到极大改善，从而显著提高主体结构的防护等级。同时在X型剪力撑上设置双排防眩板，并将防眩板平面与道路前进方向垂面设一较小夹角，以获得最佳防眩效果。

本发明所采用的技术方案是：

一种高速公路中央分隔带波形梁护栏加固及防眩设施改善方法，其特征在于：所述的波形梁护栏加固，是在原来护栏立柱、波形梁、防阻块和防阻块固定螺栓构成的护栏结构上，添加X型剪力撑，斜撑与分隔带两边相对应的两个护栏立柱，构成剪力撑框架结构，加强护栏的防护能力；所述的防眩设施改善方法，是将原来设在分隔带中的单排防眩板，改为在分隔带中在X型剪力撑的杆上设立双排防眩板，其防眩板平面与道路前进方向垂直面成一夹角遮挡眩光。

本发明的方法中，所述的X型剪力撑由一根长杆1上焊接两段内衬管，此两段内衬管与长杆成X形，再在内衬管上焊接两短杆形成X型剪力撑。

本发明的方法中，其X型剪力撑通过旋转扣件与原有护栏立柱上下端部连接，其连接点位置到该护栏立柱上下端头的距离为此护栏立柱地面上长度的15％～25％。

本发明的高速公路中央分隔带波形梁护栏加固及防眩设施改善方法，其做法是首先用旋转扣件和长杆一端与原有护栏较容易受到撞击侧1根立柱下端连接，长杆另一端连接对向护栏立柱的上端；在长杆中部焊接两段内衬管，此两段内衬管与长杆成X形，先用一短杆一端与长杆下侧内衬管焊接，再将此短杆另一端通过旋转扣件连接对向护栏立柱下端；再将另一短杆一端与长杆上侧内衬管焊接，另一端通过旋转扣件与对向护栏立柱上端相连，形成X剪力撑护栏；然后将两根防眩板立柱分别焊接于长杆和短杆上，每个立柱均有两个焊点，调节好防眩板与道路前进方向垂面夹角及安装高度，并用防眩板固定螺栓将防眩板固定于防眩板立柱上即可，其中，所述的护栏较容易受到撞击侧是道路下坡段或者平曲线半径护栏的内侧。

本发明的方法中，旋转扣件设置于护栏立柱前进方向，X型剪力撑结构平面与车辆前进方向成锐角。

本发明的方法中，双排防眩板均为宽板结构，由较高强度材料制成，尺寸为20～30cm。

本发明的方法中，其防眩板平面与道路前进方向垂直面有夹角，其角度在平直路段为3～5°，平曲线路段依据平曲线半径大小适当提高。

本发明的特点是利用横向X型剪力撑将对向波形梁护栏立柱有效连接，形成X型剪力撑框架结构；同时在X型剪力撑上设立双排防眩板，且将防眩板通过立柱焊接于剪力撑上；并将防眩板平面与道路前进方向设立一夹角，以提高防眩板防眩效果。

本发明优点如下：

1)护栏的立柱抗弯刚度得到极大提高。通过X型剪力撑将对向波形梁护栏立柱横向连接，形成剪力撑框架结构，变强梁弱柱护栏结构为强柱弱梁结构，以Gr-Am-4E和Gr-Sm-2E型波形梁护栏为例，加固后护栏立柱抗弯刚度提高了10～12倍(3m宽中央分隔带)，变护栏结构强梁弱柱为强柱弱梁，极大提高了护栏结构的抗弯刚度。

2)加固后护栏防护性能满足2006年公路交通安全设施设计规范要求。利用动力学仿真软件分别对Gr-Am-4E和Gr-Sm-2E型波形梁护栏按本方法加固后验算，其最大变形量为0.41～0.52m，最大加速度不大于8g，防护能量级可提高80％以上，均满足JTG D81-2006公路交通安全设施设计规范中对Gr-Am-4E和Gr-SBm-2E的要求。

3)X型剪力撑结构平面与车辆前进方向成锐角，并设置结构脆弱点于X型剪力撑交叉处，使得护栏结构脆性破坏后对车辆与驾驶员伤害为最小。在较容易受撞击的一侧设置长杆与护栏立柱下端相连，短杆分别与护栏立柱上段及长杆相连；极大增加立柱下部结构抗弯刚度，同时也使X型节点上(短杆方向连接方向)为整个结构的薄弱点，发生破坏后将不会形成新的危险物；同时旋转扣件设置于护栏立柱前进方向，X型剪力撑结构平面与车辆前进方向成锐角，可以确保X剪力撑与立柱扣件接头均在立柱后，使得对车辆及驾驶员造成伤害为最小。

4)防眩板立柱焊接于X型剪力撑钢管上(两个焊点)，提高了护栏结构的稳定性，也增加了护栏X型剪力撑横向单元体的刚度，进一步提高了结构安全。

5)防眩板结构立柱长度缩短，抗弯刚度提高。新型防眩设施立柱长度缩短50％～70％，同时其抗弯刚度也得到显著提高。

6)双排防眩板防眩效果比单排防眩板遮光区域显著提高，在保证防眩效果前提下，防眩板可同时采用宽板结构，可大大提高防眩板纵向间距，也增加了横向通视区，确保了行车视觉安全与舒适。

7)防眩板平面与道路前进方向垂直面设立一定夹角，平直路段为3～5°，平曲线路段可依据平曲线半径大小适当提高，将使得防眩板与驾驶员视线接近垂直，可进一步增加遮光面积，提高防眩板防眩效果。

8)本方法更为环保。本方法加固护栏和设防眩板，不需要开挖中央分隔带，因此对中央分隔带管线、绿化不会有任何破坏。

9)本方法更为美观。立柱做表面处理后可再行利用，因此不会造成新旧混杂、色彩斑驳的路侧防护景观。

10)施工方便，对道路交通运营干扰少。本方法产品成熟，可工厂定制，现场工艺为焊接，较为简单，因此在数小时内即能完成护栏加固及防眩设施设置。其施工对大交通量条件影响降到最低。

11)本方法经济性好，普通护栏加固一般造价为20～30万元/公里，本方法护栏加固及防眩设施改善总造价不到10万元/公里，节约资金50％以上。

本发明装置具有成本低、环保、强度高、防眩效果好、美观等优点。可广泛应用于路基路段的中央分隔带波形梁护栏的加固及防眩设施的改善，特别适用于中央分隔带空间受限制的早期建设的弱柱式的Am/Sm级波形梁护栏(按照JTJ074-94设计)提高到新规范的(JTGD81-2006)中的Am/SBm级护栏。

附图说明

图1：改善前的护栏及防眩板设置立面示意图

图2：改善前的护栏及防眩板设置平面示意图

图3：改善后的护栏及防眩板设置立面示意图

图4：改善后的护栏及防眩板设置平面示意图

图5：改善后的护栏及防眩板设置A大样图

图6：改善后的护栏及防眩板设置B大样图

附图中阿拉伯数字含义如下：1-长杆，2-短杆，3-旋转扣件，4-内衬管，5-防眩板立柱，6-防眩板，7-防眩板固定螺栓，8-护栏立柱，9-波形梁，10-防阻块，11-防阻块固定螺栓。

具体实施方式

在加固前波形梁护栏和防眩设施上实施本方法。原波形梁护栏由波形梁9、护栏立柱8、防阻块10和防阻块固定螺栓11组成，改善前护栏结构与防眩设施立面、平面依次如图1、图2所示。

单元体连接及安装：首先用旋转扣件3和长杆1将原有护栏对向立柱(钢管)8连接(长杆1应在护栏立柱前进方向，先连接危险侧钢管立柱8下端，如下坡段或者平曲线半径外侧较容易受到撞击侧，另一端连接对向护栏立柱的上端)；在长杆1中部焊接两段内衬管4，此两段内衬管与长杆成X型，先用一短杆2一端与长杆1下侧内衬管4焊接，再将短杆2另一端连接对向护栏立柱8下端；再将另一短杆2一端与长杆1上侧内衬管4焊接，另一端通过旋转扣件3与对向护栏立柱8上端相连，形成X剪力撑护栏；然后将两根防眩板立柱5分别焊接于长杆1和短杆2上，每个立柱均有两个焊点，调节好防眩板6与道路前进方向垂面夹角及安装高度，并用防眩板固定螺栓7将防眩板6固定于防眩板立柱5上即可。

注意事项：

1)施工前一定要对护栏立柱、波形梁结构、防阻块固定螺栓进行检测，确保其力学性能、机械性能达到国家标准。对于达不到要求的结构必须及时更换。

2)考虑到护栏结构的多样性，对于没有防阻块的护栏，可添加防阻块后再采用本方法加固，以确护栏能充分吸收车辆撞击能量。

3)同时X型剪力撑结构与护栏立柱连接点位置到立柱端头距离为立柱地面上长度的15％～25％为宜。X型剪力撑结构钢管可采用与护栏立柱类似尺寸，钢管厚度可调整，以确保标准旋转扣件能够使用，进一步降低施工成本。

4)本加固方法对中央分隔带宽度大于4m的护栏加固要慎用，同时对于护栏立柱为非圆形钢管护栏立柱的X型剪力撑可用槽钢结构，X型剪力撑可与护栏立柱焊接。

5)防眩板应选择较宽尺寸20～30cm，同时应采用强度较高的材料制作(如玻璃钢)。防眩板立柱应选择抗弯刚度较大薄壁钢管立柱。同时防眩板立柱横向间距应满足防眩板宽度要求。

6)新建结构(除防眩板外)均应采用与原有结构色彩一致的涂层处理，以确保整体结构的美观性与协调性。

7)对于新型护栏及防眩结构，应在后期维护中注意，对向波形梁、立柱发生破坏，则应考虑更换本方向波形梁、立柱。

8)对于现有防眩板立柱强度能达到钢结构规范要求，应尽量利用原有防眩板立柱结构，只更换老化的防眩板及固定螺栓，对于防眩板立柱不能继续利用，则建议全部拆除(将防眩板立柱切割即可)新建防眩设施。

9)重型货车较多的高速公路，中央分隔带的加固可将本方法与上文中的立柱加高方法一同使用。

10)加固所用的主要构件为薄壁钢结构，必须注意防护，钢结构在涂油漆前应彻底除锈。新建造的钢结构一般隔一定时间都要重新刷涂料。

Claims (7)

1.一种高速公路中央分隔带波形梁护栏加固及防眩设施改善方法，其特征在于：所述的波形梁护栏加固,是在原来护栏立柱（8），波形梁（9），防阻块（10）和防阻块固定螺栓（11）构成的护栏结构上，添加X型剪力撑，斜撑与高速公路中央分隔带两边相对应的两个护栏立柱（8）连接,构成剪力撑框架结构，加强护栏的防护能力;所述的防眩设施改善方法,是将原来设在高速公路中央分隔带中的单排防眩板,改为在高速公路中央分隔带中在X型剪力撑的杆上设立双排防眩板，其防眩板平面与道路前进方向垂直面设立一夹角遮挡眩光。

2.如权利要求1所述的波形梁护栏加固及防眩设施改善方法，其特征在于，所述的X型剪力撑由一根长杆(1)上焊接两段内衬管（4），此两段内衬管（4）与长杆（1）成X形，再在内衬管(4)上焊接两短杆(2)形成X型剪力撑。

3.如权利要求1所述的波形梁护栏加固及防眩设施改善方法，其特征在于,X型剪力撑通过旋转扣件(3)与原有护栏立柱（8）上下端连接，上端连接点与护栏立柱顶端距离、下端连接点离路面高度均为立柱地面上长度的15%~25%。

4.如权利要求1所述的波形梁护栏加固及防眩设施改善方法，其特征在于：其做法是首先用旋转扣件（3）和长杆（1）一端与原有护栏较容易受到撞击侧1根立柱（8）下端连接，长杆（1）另一端连接对向护栏立柱（8）的上端；在长杆（1）中部焊接两段内衬管（4），此两段内衬管与长杆成X形，先用一短杆（2）一端与长杆（1）下侧内衬管（4）焊接，再将此短杆另一端连接对向护栏立柱（8）下端；再将另一短杆（2）一端与长杆（1）上侧内衬管（4）焊接，另一端通过旋转扣件（3）与对向护栏立柱（8）上端相连，形成X型剪力撑护栏；然后将两根防眩板立柱（5）分别焊接于长杆（1）和短杆（2）上，每个防眩板立柱均有两个焊点，调节好防眩板与道路前进方向垂面夹角及安装高度，并用防眩板固定螺栓（7）将防眩板（6）固定于防眩板立柱（5）上即可， 

其中，所述的护栏较容易受到撞击侧是指道路下坡段或者平曲线半径内侧的护栏。

5.如权利要求1所述的波形梁护栏加固及防眩设施改善方法，其特征在于，旋转扣件(3)应设置于护栏立柱远端，以使X型剪力撑结构平面与车辆前进方向成锐角。

6.如权利要求1所述的波形梁护栏加固及防眩设施改善方法，其特征在于，双排防眩板均为宽板结构，由较高强度材料制成，防眩板宽度尺寸为20-30cm。

7.如权利要求1所述的波形梁护栏加固及防眩设施改善方法，其特征在于，防眩板平面与道路前进方向垂直面设立夹角,其角度在平直路段为3~5°，平曲线路段依据平曲线半径大小适当提高。

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