基本介紹
- 中文名：波形梁護欄
- 外文名：W-beam guardrail
- 類別：公路護欄
- 作用：保護車輛和司乘人員
- 構成：兩片波形鋼護欄板及兩根立柱
分類,技術要求,材料要求,材料規格,材料防腐,
分類
波形梁護欄一般按設定地點和防撞等級來分類，見下表。按設定地點可以分為路側護欄和中央分隔帶護欄。按防撞等級可分為A級和S級（Am、Sm表示設定在中央分隔帶）。S級護欄屬於加強型，適用於路側特別危險的路段使用，A級用於專用公路。
路側波形梁護欄
(1)橫斷布設
路側波形梁護欄的橫斷布設，不應使護欄面侵入公路建築限界以內，並不得使護欄立柱外側的側向土壓力明顯減少。立柱外邊緣到路肩邊緣的最小距離為：當土路肩寬度為75cm時，不應小於25cm；當土路肩寬度為50cm時，不應小於14cm。
(2)端頭處理
路側波形梁護欄的起、訖點應進行端頭處理。路側護欄的端頭可採用圓頭式或地錨式。我國高速公路修建初期，護欄端頭多用圓頭式，在護欄起點與標準段護欄之間通過漸變段連線起來。漸變段一般設計成拋物線形，立柱位置逐漸外移，立柱高度不變，其間距在端頭附近加密為2m，採用混凝土基礎，加索端錨具，這種處理辦法稱為端部斜展，端梁為圓頭。這種端頭國外使用較普遍，因為製造容易，安裝方便，在碰撞角度小的情況下有較好的導向功能。如果失控車輛與端頭正面相碰，有可能發生護欄穿透車廂的事故。因此改用地錨式端頭，這種端頭通過斜角梁逐漸伸向地面，在端部用混凝土基礎錨固。地錨式端頭在失控車輛正面碰撞時，車輛會沿斜置波形梁爬上而吸能。側面碰撞時，同樣具有較好的導向功能。
護欄端頭，在迎行車方向的上游和順行車方向的下游有不同的處理方法，上面介紹的端頭處理方法均指迎行車方向的上游。順行車方向的下游端頭與標準段護欄成一直線布設。下游端頭一般均按圓頭端梁處理。車輛行至下游端頭處，護欄設定已結束，應該說路側的危險性已不大了。
(3)防阻塊構造
路側波形梁護欄的防阻塊是波形梁與立柱之間的承力部件，可以用各種形狀的型鋼來製造。可分為A型、B型兩種，A型適用於圓形立柱，是一種六角形的結構；B型適用於槽形立柱或其他型鋼立柱。
波形梁與立柱之間加防阻塊後，有很多好處：
①防阻塊本身就是一個吸能機構，因此可以使護欄在受到碰撞後逐漸變形，有利於能量吸收，減少乘員傷亡；
②防阻塊固定在立柱與波形梁之間，使波形梁從立柱上懸置出來，失控車輛一旦與護欄發生碰撞，不會因為波形梁緊靠立柱，而使前輪在立柱處絆阻；
③防阻塊參與護欄整體作用後，可以使碰撞力分配到更多跨結構中，從而使護欄受力更加均勻，使護欄的碰撞軌跡比較圓滑，有利於車輛的導向和增加護欄的整體強度；
④有路緣石路段設定防阻塊時，可使波形粱與緣石面的距離減少，減輕甚至消除由於失控車輛碰到緣石後跳起產生對護欄不利的影響。
(4)立柱安裝
路側護欄立柱應安裝于堅實的土路肩中，立柱與路基土的作用，使立柱彎曲變形，土基壓縮變形，這是護欄吸能過程的一環。但是，當護欄立柱遇到立柱置於橋樑、通道、涵洞等無法打入的地方，立柱下方遇有地下管線、石方路段，其他特殊情況等三種情況時，應把護欄立柱設定於混凝土基礎中，有條件時宜採用抽換式護欄立柱。
護欄立柱設定於混凝土中的方法有三種：一種是在混凝土基礎中預留孔，等立柱放入後填密實的砂，上下都用瀝青密封。一旦發生碰撞，立柱可以有一定的變形量，不會損壞混凝土基礎，也容易更換。另一種採用法蘭盤基礎，螺栓連線，法蘭盤上開長圓孔，一旦發生碰撞，法蘭盤沿長圓孔方向有一定位移量，如果不損壞地腳螺栓，也容易修復；第三種是採用抽換式道路安全護欄裝置，該裝置適用於圓形立柱，用鑄鋼製造，外基座埋於混凝土中，內套管通過螺栓與外基礎練成一體，護欄立柱插入內套管中，螺栓擰緊厚，內觀套就會把立柱抱死。一旦發生碰撞，立柱彎曲變形，只要把螺栓擰緊，即可輕易把立柱拔出、更換。
中央分隔帶波形粱護欄
設定於中央分隔帶的波形梁護欄，按防撞等級可分為Am級和Sm級。Sm級護欄屬加強型，適用於中央分隔帶內有重要構造物，並需要限制護欄橫向位移的路段；Am級適用於汽車專用路的一般路段。按構造可分為分設型和組合型兩種。分設型護欄適合於中央分隔帶相對較寬，中央分隔帶內的構造物較多，並在中央分隔帶下埋有管線的路段。組合型護欄適合於中央分隔頻寬度較窄，中央分隔帶內構造物不多或埋設管線較少的路段。
(1)橫斷布設
中央分隔帶波形梁護欄的橫斷布設應根據中央分隔帶的寬度，斷面形式及地下通訊管線布設來確定。
中央分隔帶按分設型布設時，不宜使護欄面侵入到道路建築界限以內。若分設型護欄設定在有路緣石的中央分隔帶內，波形梁護欄應有防阻塊。如設在中央分隔帶內而中央分隔帶內布設有通信、電力等管線，波形梁護欄倒緣石面的最小值C可減少到25cm（一般情況下為C=50cm）。
中央分隔帶採用組合型波形梁護欄時，護欄立柱的中心線宜與公路中線重合，當公路中線位置內有構造物、地下管線時，護欄立柱的中心線可以向一側偏移，或把組合型改變成為分設型，以便繞過中心線位置的構造物，組合型波形梁護欄由立柱、橫隔梁、波形梁、緊固件組成。立柱可採用圓形或槽型等型鋼製造，橫隔梁由兩根槽鋼組成，分別安裝在立柱兩邊，兩端分別與波形梁相連。兩邊波形梁的最大組合寬度為l00cm，亦可根據中央分隔帶的寬度做適當調整。
(2)端頭處理
設定於中央分隔帶起點、終點及開口處的護欄應進行端頭處理。不加處理的端頭是極端危險的，車輛與金屬類護欄碰撞時，可能導致端梁穿刺乘客車廂；車輛與鋼筋混凝土護欄正面相碰時，將產生巨大的碰撞力。
迎面碰撞時，端頭處理的防撞裝置不能帶刺、產生拱起或使車輛翻滾，車輛在碰撞過程中產生加速度不能超過要求的限度。當失控車輛在端頭和標準段之間發生碰撞，端頭結構應具有與中央分隔帶標準段護欄相同的改變車輛方向的性能。
端頭形式。可分分設型和組合型兩種情況考慮。分沒型波形梁護欄，其端頭應與中央分隔帶線形相一致。在一定長度（例如16m）範圍內，波形梁護欄從兩條平行線逐漸按一定比例往分隔帶內縮窄，一般呈拋物線形，立柱間距為2m，圓端頭的半徑應與分隔帶開口處的線形相一致，一般為25cm。
我國在端頭處理技術方面的研究工作較少，上述處理方法基本上是用圓頭把兩側的波形梁連線起來，而沒有採用解體消能立柱或滑動基座，波形梁沒有採用吸能、變位等設計。因此，此端頭的吸能效果不會很好，但這種結構製造安裝容易，造價較低，在目前仍大量使用。
交通分流處三角地帶護欄
汽車專用道路互通式立交匝道進、出口及服務區、停車場進、出口處的三角地帶，屬危險三角區，應該設定專門設計的護欄。該處的護欄構造應與路側波形梁護欄相一致，並應根據三角地帶的線形和地形進行布設。在布設時，靠專用道路主線一側的兩端8m範圍內和靠匝道一側的兩端8m範圍內應採用加強型(S)護欄，在加強型護欄的中間接6跨A級護欄，並用圓頭把三角區兩側護欄連線起來。在條件允許時，應在危險三角區範圍設定防撞墊。防撞墊能有效地吸收碰撞能量，降低正面碰撞車輛速度。側面碰撞時，防撞墊能改變車輛碰撞角度，將車輛導向路中，因此被廣泛套用於交通分流的危險三角區。
技術要求
波形梁護欄的安裝高度
一旦失控車輛與護欄發生碰撞時，當然希望護欄能作用於車輛的有效部位，既不致使車輛越出護欄，也不致使車輛鑽入護欄橫樑的下面。比較理想的情況應該是通過護欄的整體作用迫使車輛逐步轉向，一直回復到正常的行駛方向。但目前世界上生產的汽車五花八門，從大噸位的重型汽車到很小的微型汽車，其質量相差非常懸殊，車輛外型變化很大。現代化的小轎車有向微型化發展的趨勢，其質量變得越來越輕，為了減少空氣阻力，前車蓋更符合流線型而變低，這種車輛在與護欄相碰時，很容易鑽入波形梁護欄的橫樑下面而造成嚴重的後果。
另一種情況是車輛的噸位越來越大，車輛向大型化和重型化方向發展。大型車在護欄碰撞時，可能產生跳躍問題。特別在與“w型”波形梁護欄相撞時，由於車輛的保險槓碰撞波形梁護欄的橫樑頂部而可能使其扭成為斜面，這種情況在碰撞角度很大，速度很高時危險性更大，一旦．出現這種情況，就有可能使保險槓向下往後傾斜，在汽車衝力的帶動下很容易滑上護欄的斜面，繼而發生越出護欄的事故。
上面說的兩種情況——車輛鑽人護欄下面和車輛從護欄橫樑越出，當然是不希望發生的。這就要求很好地研究確定護欄的合理安裝高度。護欄安裝高度可通過車輛與護欄的足尺碰撞試驗；使用中護欄的交通事故調查資料；現代車輛的幾何特性分析三方面情況進行確定。一般地，波形梁護欄的橫樑中心高度，從路面算起至連線螺栓孔中心的距離以60cm為宜。當設有路緣石時，橫樑的中心高度從路緣石頂面算起至連線螺栓孔中心的距離為60cm。當波形梁護欄有防阻塊時，其中心高度不變。
波形梁護欄的強度
波形梁護欄的強度主要決定於立柱的剛度、土的承載力及梁的抗拉強度，特別是立柱的水平承載力與位移的關係是決定立柱強度的重要因素。當立柱埋入土基時，考慮到路肩填土密實度可能不夠，和立柱過分靠近邊坡線而使側向土壓力減少這樣一些因素，立柱埋深不應小於110cm，有路緣石的立柱埋深應不小於125cm。立柱埋置於混凝土基礎中時，其埋深不應小於40cm。由於立柱的最大彎矩發生在根部，要考慮的是如何使立柱損壞後更容易修復。為維修養護的方便，可採用法蘭盤裝配式的連線方式。混凝土基礎的尺寸、法蘭盤的連線強度，應根據不同情況由計算確定。有條件時，最好採用抽換式護欄立柱裝置。其特點是用硬塑膠管預留立柱孔穴。埋深可根據需要在40～80cm範圍變化，主要考慮為以後升高預留餘地。承座器固定在?昆凝土基礎中，安裝時把迫緊器螺絲鬆開，插入立柱，待調整好高度後，即可擰緊三個螺栓，立柱即被鎖固。該裝置結構簡單，安裝、維修方便。
波形梁護欄組成構件的標準
波形梁、立柱、防阻塊、橫隔梁、端頭等構件應符合有關產品標準的規定。
①波形梁。波形梁是與失控車輛首先接觸的構造，通過波形梁的傳遞，把碰撞力分散給多根立柱，通過立柱把力傳遞給地基土。失控車輛與護欄的作用將隨著時間的推移，不斷改變著作用位置，波形梁主要承受的是拉伸力，在碰撞車輛衝擊作用下，波紋被展開，吸收能量。波形粱除了滿足抗拉強度要求外．還廊具有好的導向和吸能性能。
②立柱。波形梁護欄可以近似看作彈性地基上點支撐的連續梁。車輛以一定角度(θ=10°～20°)作用於護欄的碰撞力，可以分解為垂直作用於護欄的力和平行於護欄的力，垂直力使護欄、立柱變形，平行力使碰撞不斷改變方向和位置。波形梁、立柱和地基土共同承受這種碰撞力，波形梁主要承受拉力．立柱主要承受彎矩。在碰撞過程中，立柱起著非常重要的支撐作用。要想提高立柱強度，可以通過增大慣性矩的辦法簍現，慣性矩受立柱截面形狀和面積的影響。實際上各國採用不同形狀的型鋼作立柱。例如：澳大利亞採用矩形、H形柱，美國採用方形木柱、工字鋼柱，英國採用工形柱，荷蘭採用扁圓柱，瀅國採用槽鋼，德國採用工字鋼，日本採用圓管鋼，均獲得很好的效果。我國汽車專用道路上，護欄立柱主要採用圓形立柱、槽形立柱兩種形式。
材料要求
材料規格
(1)波形梁、立柱、橫隔梁、端頭及連線螺栓所用鋼材為普通碳素結構鋼(Q235)，其技術條件應符合《碳素結構鋼》(GB 700)的規定。
(2)拼接螺栓。波形梁是受拉構件，要求拼接螺栓採用高強螺栓，這樣可以大大增強接頭處的強度。高強螺栓建議採用45號鋼、20MnTiB鋼，並符合《鋼結構用扭剪型高強度螺栓連線副》(GB 3632～3633)的規定：屈服點>990MPa，抗拉強度>1100MPa，伸長率≥10%，收縮率為42%。
高強度螺栓的頭部成型，可以採用冷加工或採用熱加工、滾壓法成型螺紋，並經鹽浴爐或輥底爐進行淬火。淬火溫度宜選擇在860*(3～88012之間，硝鹽爐回火(340*(2～380"C)處理，以提高其強度和硬度。為了增強高強度螺栓連線副的防鏽能力和改善螺栓螺母之間的潤滑狀態，對其表面應做好潤滑處理。高強度螺栓的螺母宜選用35號鋼，並經適當的熱處理工藝，35號鋼的物理性能應符合《優質碳素結構鋼技術條件》(GB 699)的有關規定。
螺母宜採用熱鐓成型，經熱處理後加工，螺母應做潤滑處理。
墊圈用扁鋼或帶鋼連續沖成，由於墊圈的支承面是影響扭矩係數的重要因素，因此在選材時要特別注意表面的平整光滑，注意墊圈沖孔和沖外形用的沖床和平整機的各種性能。墊圈的製造工序為：用材一衝壓外形一衝孔一鍛平一研磨一熱處理一成品。
(3)防阻塊。防阻塊材料可用型鋼來製造，鋼材應符合《碳素結構鋼》(GB 700)的規定。其技術條件應符合《冷彎型鋼技術條件》(GB 6725)的規定。
(4)立柱埋置於混凝土中時，混凝土標號不應小於15號。混凝土用材料應符合現行交通行業標準《公路橋涵施工技術規範》(JTJ 041)的規定。
材料防腐
所有波形梁護欄的冷彎型鋼部件均應做防腐處理，一般可採用熱浸鍍鋅處理。熱浸鍍鋅所用的鋅應為《鋅錠》(GB 470)中所規定的0號或1號鋅。
螺栓、螺母等緊固件在採用熱浸鍍鋅後，必須清理螺紋或進行離心分離處理。在條件允許的情況下，螺栓、螺母等緊固件也可採用粉鍍鋅技術。
活動護欄的防腐處理原則上與波形梁護欄相同，採用熱浸鍍鋅方法時，鍍鋅量規定為600g/m2，
對鋼材有嚴重磨蝕作用的地區，可採用熱浸鍍鋁、浸塑、噴塑等方法，各地可根據本地的條件，通過經濟技術比較選用，當採用熱浸鍍鋁時，附著量可達：110～120g/m2。在腐蝕特別嚴重的地區或出於對美觀上的要求，護欄鋼構件可在鍍鋅後再塗塑或油漆。
