CN115219324A - 一种公路波形梁护栏防护能力快速检测评定方法 - Google Patents

一种公路波形梁护栏防护能力快速检测评定方法 Download PDF

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CN115219324A CN202210431633.2A CN202210431633A CN115219324A CN 115219324 A CN115219324 A CN 115219324A CN 202210431633 A CN202210431633 A CN 202210431633A CN 115219324 A CN115219324 A CN 115219324A
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卢健
周荣贵
贾宁
辛欣
周志伟
杨曼娟
幺瑶
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    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts

Abstract

本发明公开了一种公路波形梁护栏防护能力快速检测评定方法，构建在用波形梁护栏在静力顶推作用下的顶推力F、水平位移s和防护能量Q之间的关系模型，并基于护栏板静力顶推试验数据对护栏防护能力进行评估。基于千斤顶静力顶推技术，对在用波形梁护栏进行顶推，在顶推梁顶部位置布设激光位移传感器，顶推过程中保持加载板和波形梁护栏板不发生脱开，通过测量加载板水平位移即可记录波形梁板沿顶推力方向的响应位移，通过设置在顶推千斤顶后侧的压力传感器，可以同步实现波形梁护栏顶推过程中的顶推力的记录，最终通过构建波形梁护栏顶推力、响应位移和防护能量之间的关系实现波形梁护栏防护能力的评估。

Description

一种公路波形梁护栏防护能力快速检测评定方法
技术领域
本发明属于公路交安设施检测技术领域，主要用于公路波形梁护栏防护能力检测评定中。
背景技术
在公路交安设施养护过程中，对波形梁护栏防护等级进行判别主要是对护栏高度、护栏立柱埋深、材料厚度和构件完整性进行检测，获得波形梁护栏的相关结构参数，依据结构参数与规范中的标准防护能力的护栏结构参数进行对比，来判断护栏是否达到标准防护能力，以此对护栏防护等级进行评定。
以上检测方法存在自身不足：(1)回弹法检测护栏立柱埋深误差较大。在实际应用路段，护栏立柱设置方式存在差别，由于路基土体不均匀及其他因素影响，造成回弹法检测立柱埋深存在一定误差。(2)挖桩法检测立柱埋深存在不可行性。现场挖桩会破坏路肩及路面结构，造成路面结构破坏，因此挖桩法检测立柱埋深存在一定不可行性。(3)采用结构参数检测方法对护栏防护等级进行评估存在一定的出入。众所周知，护栏防护等级是依据其自身防护能量进行区分，车辆碰撞护栏的过程是能量吸收和消耗的过程，护栏防护能量受立柱埋深、路基土体压实度、结构参数等综合影响，现场路基土体压实度参差不齐，若现场对路基土体采样进行土工试验较为繁琐，但假如不考虑路基土体压实度及立柱埋深，只是通过结构参数检测结果无法直接获知波形梁护栏实际防护能量，因此通过护栏结构参数的检测结果来对护栏防护等级进行评估存在一定的出入，加之现状检测方法存在自身不足，其评估结果与真实防护能量之间的差别将进一步增大，另一方面现状检测及评估方法无法对护栏实际防护能量与标准护栏防护能量进行对比分析，达不到对护栏防护能力进行定量分析的目的。因此需要进一步对波形梁护栏防护能力评估方法进行进一步探索，实现波形梁护栏防护能力快速识别评估技术。
发明内容
本发明的技术目的在于，基于千斤顶静力顶推技术，对在用波形梁护栏进行顶推，在顶推梁顶部位置布设激光位移传感器，顶推过程中保持加载板和波形梁护栏板不发生脱开，通过测量加载板水平位移即可记录波形梁板沿顶推力方向的响应位移，通过设置在顶推千斤顶后侧的压力传感器，可以同步实现波形梁护栏顶推过程中的顶推力的记录，最终通过构建波形梁护栏顶推力、响应位移和防护能量之间的关系实现波形梁护栏防护能力的评估，
本发明采用的技术方案为一种公路波形梁护栏防护能力快速检测评定方法，实现该方法的实施步骤如下：
构建在用波形梁护栏在静力顶推作用下的顶推力F、水平位移s和防护能量Q之间的关系模型，并基于护栏板静力顶推试验数据对护栏防护能力进行评估。
步骤1，确定波形梁护栏检测点(1)；所述的波形梁护栏检测点(1)位于相邻两根护栏立柱的(2)跨中位置的护栏板(3)上，在波形梁护栏的待测位置处布置顶推反力架(4)和配重块(5)等相关试验装置，采用顶推千斤顶(6)对波形梁护栏检测点(1)进行顶推，压力传感器(7)设置在顶推千斤顶(6)后侧，通过压力传感器(7)记录在静力顶推试验过程中的顶推力F。
步骤2，通过激光位移传感器(8)对加载板(9)的水平位移进行监测，保证护栏板(3)和加载板(9)之间不发生脱开，实现波形梁护栏检测点(1)沿顶推力F方向的位移s的同步测量；将步骤1记录得到的顶推力F和本步骤2记录得到的位移s数据输入到origin绘图软件并绘制出顶推力F和位移s之间的关系曲线，拟合得到顶推力F和水平位移s之间的关系式F(s)，护栏防护能量Q可表示为：
Figure BDA0003610898960000021
S∈min(sa,sb)
其中S为护栏在试验中的最大水平位移，sa为护栏板(3)在顶推力F作用下进入塑性状态时对应的最大水平位移，sb为护栏板(3)外边缘与路侧结构物之间的净水平距离。
步骤3，目标检测道路每公里布设波形梁护栏检测点(1)的数量为n个，通过顶推力F(s)、响应位移s和防护能量Q之间的关系模型计算得到波形梁护栏防护能量特征值
Figure BDA0003610898960000022
Figure BDA0003610898960000023
最终将防护能量特征值
Figure BDA0003610898960000024
与规范要求条件下的标准护栏防护能量表进行对比，就可以对护栏防护能力进行判断，并可以获知波形梁护栏实际防护能力与标准防护能力之间的定量差距，从而实现对波形梁护栏防护等级的定量评估。
具体地，本发明通过在顶推千斤顶(6)后侧布设一个压力传感器(7)来实现顶推过程中的顶推力F的采集，同步地通过激光位移传感器(8)对加载板(9)的水平位移s进行监测，将每个顶推力F和水平位移s的数据对(s1，F1)、(s2，F2)、……、(sm，Fm)输入到origin绘图软件，可以自动绘制顶推力F和水平位移s的关系曲线，分别采用线形拟合命令对关系曲线中的前期近似线性部分进行拟合，获得近似线性部分曲线的函数表达式Fa(s)，采用非线性拟合命令对关系曲线中后期的非线性部分进行拟合，获得非线性部分的函数表达式Fb(s)，综合曲线线性部分的函数表达式和非线性部分函数表达式，可以得到顶推力F和水平位移s之间的关系式F(s)分段表达式为
Figure BDA0003610898960000031
其中S为护栏在试验中的最大水平位移，st为顶推力F和水平位移s的关系曲线中近似线性部分和非线性部分分界点对应的水平位移值。
由于高速公路路侧环境复杂，周围可能有桥墩、灯杆等结构物影响，因此在实际检测过程中护栏与既有结构物之间的净距可能存在不能满足护栏进入塑性状态的最小位移变形量值要求，在此情况下护栏最大水平位移S即护栏与结构物之间净水平距离，在计算护栏防护能量时积分上限选取sa和sb中的较小值。
与现有技术相比较，本方法从防护能量角度出发，不考虑路基土因素、护栏立柱埋深及护栏结构参数等单因素影响，将护栏防护能量特征值作为路基土因素、护栏立柱埋深及护栏结构参数等多因素影响下护栏防护能力的单一表征指标，通过精确计算波形梁护栏实际防护能量特征值，并与标准护栏防护能量进行对比，达到护栏防护能力进行定量分析的目的，分析结果可以判断其自身防护能力是否满足规范要求，并可以进一步确定波形梁护栏防护等级，同时可以支持进一步分析护栏防护能力冗余度，实现在用波形梁护栏防护能力综合定量评估技术。
传统护栏防护能力评估主要采用基于规范合规性审查的方法对实际结构参数进行分析，检测工作内容复杂，需涵盖路基土体压实度、护栏立柱埋深、护栏高度、结构厚度等指标，检测工作体量较大，耗费的人力及物力资源投入也较多，结论只是根据规范中的标准防护等级护栏在结构方面相关要求推断得到待测护栏是否满足相关防护等级要求，而规范中不同防护等级的波形梁护栏是根据防护能量对其进行区分，传统评估方法只是定性得到护栏防护等级是否满足要求，却忽视了护栏实际防护能量，得到的结果只是定性的，无法实现待测护栏的实际防护能力的定量评估。相比较前述方法，本发明可以综合考虑护栏周围环境因素和结构参数因素影响，省去了对护栏结构及周围土体压实度等指标进行繁琐的检测和与标准规范进行对比的工作，只采用顶推试验结果进行计算，计算结果表征了路基土体和护栏结构参数等多因素综合影响下的护栏实际防护能力，实现了护栏防护能力评估的定量对比，打破了以往对于护栏防护能力定性评估的局面，评估方法检测快速，计算简单，可以实现波形梁护栏防护能力快速评估工作。
附图说明
图1是静力顶推试验正视图。
图2是静力顶推试验侧视图。
图3为护栏防护等级评估实施流程图。
图中：1.波形梁护栏检测点 2.护栏立柱 3.护栏板 4.顶推反力架 5.配重块 6.顶推千斤顶 7.压力传感器 8.激光位移传感器 9.加载板 10.顶推梁。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
图1、2所示，是静力顶推试验结构的示意图，实现本发明的试验构件包括护栏立柱2、护栏板3、顶推反力架4、配重块5、顶推千斤顶6、压力传感器7、激光位移传感器8、加载板9、顶推梁10。波形梁护栏检测点(1)位于护栏板(3)上，护栏立柱(2)设置在路面以下的路基中，护栏板(3)和护栏立柱(2)之间采用螺栓和防阻块进行连接，顶推千斤顶(6)设置在顶推梁(10)上，压力传感器(7)设置在顶推千斤顶(6)后侧。激光位移传感器(8)设置在顶推梁(10)顶部，顶推梁(10)和顶推反力架(4)之间采用焊接方式连接，加载板(9)与顶推梁(10)之间采用焊接方式连接。
具体实施流程如图3所示，一种公路波形梁护栏防护能力快速检测评定方法，实现该方法的实施步骤如下：步骤1，确定波形梁护栏检测点(1)；所述的波形梁护栏检测点(1)位于相邻两根护栏立柱的(2)跨中位置的护栏板(3)上(图中L为护栏相邻两根立柱之间的长度，0.5L即为跨中位置)，在波形梁护栏的待测位置处布置顶推反力架(4)和配重块(5)等相关试验装置，采用顶推千斤顶(6)对波形梁护栏检测点(1)进行顶推，压力传感器(7)设置在顶推千斤顶(6)后侧，通过压力传感器(7)记录在静力顶推试验过程中的顶推力F。
步骤2，通过激光位移传感器(8)对加载板(9)的水平位移进行监测，保证护栏板(3)和加载板(9)之间不发生脱开，实现波形梁护栏检测点(1)沿顶推力F方向的位移s的同步测量；将步骤1记录得到的顶推力F和本步骤2记录得到的水平位移s数据对(s1，F1)、(s2，F2)、……、(sm，Fm)输入到origin绘图软件，可以自动绘制顶推力F和水平位移s的关系曲线，分别采用线性拟合命令对关系曲线中的前期近似线形部分进行拟合，获得近似线性部分曲线的函数表达式，采用非线性拟合命令对关系曲线中后期的非线性部分进行拟合，获得非线性部分的函数表达式，综合线性部分曲线的函数表达式和非线性部分函数表达式，可以得到顶推力F和水平位移s之间的关系式F(s)分段表达式为
Figure BDA0003610898960000041
其中S为护栏在试验中的最大水平位移，st为顶推力F和水平位移s的关系曲线中近似线性部分和非线性部分分界点对应的水平位移值。
，护栏防护能量Q可表示为：
Figure BDA0003610898960000051
S∈min(sa,sb)
其中S为护栏在试验中的最大水平位移，sa为护栏板(3)在顶推力F作用下进入塑性状态时对应的最大水平位移，sb为护栏板(3)外边缘与路侧结构物之间的净水平距离。
步骤3，每公里布设波形梁护栏检测点(1)的数量为n个，通过顶推力F(s)、水平位移s和防护能量Q之间的关系模型计算得到波形梁护栏防护能量特征值
Figure BDA0003610898960000052
Figure BDA0003610898960000053
最终将防护能量特征值
Figure BDA0003610898960000054
与规范要求条件下的标准护栏防护能量表进行对比，就可以对护栏防护能力进行判断，还可以计算与目标防护能力护栏之间的定量差值，从而实现对波形梁护栏防护等级的定量评估。
标准护栏防护能量表
Figure BDA0003610898960000055

Claims (4)

1.一种公路波形梁护栏防护能力快速检测评定方法，其特征在于：
构建在用波形梁护栏在静力顶推作用下的顶推力F、水平位移s和防护能量Q之间的关系模型，并基于护栏板静力顶推试验数据对护栏防护能力进行评估；实现该方法的实施步骤如下：
步骤1，确定波形梁护栏检测点(1)；所述的波形梁护栏检测点(1)位于相邻两根护栏立柱的(2)跨中位置的护栏板(3)上，在波形梁护栏的待测位置处布置顶推反力架(4)和配重块(5)相关试验装置，采用顶推千斤顶(6)对波形梁护栏检测点(1)进行顶推，压力传感器(7)设置在顶推千斤顶(6)后侧，通过压力传感器(7)记录在静力顶推试验过程中的顶推力F；
步骤2，通过激光位移传感器(8)对加载板(9)的水平位移进行监测，保证护栏板(3)和加载板(9)之间不发生脱开，实现波形梁护栏检测点(1)沿顶推力F方向的位移s的同步测量；将步骤1记录得到的顶推力F和本步骤2记录得到的位移s数据输入到origin绘图软件并绘制出顶推力F和位移s之间的关系曲线，拟合得到顶推力F和水平位移s之间的关系式F(s)，护栏防护能量Q可表示为：
Figure FDA0003610898950000011
S∈min(sa,sb)
其中S为护栏在试验中的最大水平位移，sa为护栏板(3)在顶推力F作用下进入塑性状态时对应的最大水平位移，sb为护栏板(3)外边缘与路侧结构物之间的净水平距离；
步骤3，目标检测道路每公里布设波形梁护栏检测点(1)的数量为n个，通过顶推力F(s)、响应位移s和防护能量Q之间的关系模型计算得到波形梁护栏防护能量特征值
Figure FDA0003610898950000012
Figure FDA0003610898950000013
最终将防护能量特征值
Figure FDA0003610898950000014
与规范要求条件下的标准护栏防护能量表进行对比，对护栏防护能力进行判断，获知波形梁护栏实际防护能力与标准防护能力之间的定量差距，从而实现对波形梁护栏防护等级的定量评估。
2.根据权利要求1所述的一种公路波形梁护栏防护能力快速检测评定方法，其特征在于：通过在顶推千斤顶(6)后侧布设一个压力传感器(7)来实现顶推过程中的顶推力F的采集，同步地通过激光位移传感器(8)对加载板(9)的水平位移s进行监测，将每个顶推力F和水平位移s的数据对(s1，F1)、(s2，F2)、……、(sm，Fm)输入到origin绘图软件，自动绘制顶推力F和水平位移s的关系曲线，分别采用线形拟合命令对关系曲线中的前期近似线性部分进行拟合，获得近似线性部分曲线的函数表达式Fa(s)，采用非线性拟合命令对关系曲线中后期的非线性部分进行拟合，获得非线性部分的函数表达式Fb(s)，综合曲线线性部分的函数表达式和非线性部分函数表达式，得到顶推力F和水平位移s之间的关系式F(s)分段表达式为
Figure FDA0003610898950000021
其中S为护栏在试验中的最大水平位移，st为顶推力F和水平位移s的关系曲线中近似线性部分和非线性部分分界点对应的水平位移值。
3.根据权利要求1所述的一种公路波形梁护栏防护能力快速检测评定方法，其特征在于：在实际检测过程中护栏与既有结构物之间的净距可能存在不能满足护栏进入塑性状态的最小位移变形量值要求，在此情况下护栏最大水平位移S即护栏与结构物之间净水平距离，在计算护栏防护能量时积分上限选取sa和sb中的较小值。
4.根据权利要求1所述的一种公路波形梁护栏防护能力快速检测评定方法，其特征在于：波形梁护栏检测点(1)位于护栏板(3)上，护栏立柱(2)设置在路面以下的路基中，护栏板(3)和护栏立柱(2)之间采用螺栓和防阻块进行连接，顶推千斤顶(6)设置在顶推梁(10)上，压力传感器(7)设置在顶推千斤顶(6)后侧；激光位移传感器(8)设置在顶推梁(10)顶部，顶推梁(10)和顶推反力架(4)之间采用焊接方式连接，加载板(9)与顶推梁(10)之间采用焊接方式连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117233008A (zh) * 2023-11-09 2023-12-15 交通运输部公路科学研究所 一种公路护栏的刚度检测装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117233008A (zh) * 2023-11-09 2023-12-15 交通运输部公路科学研究所 一种公路护栏的刚度检测装置
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