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随着经济的发展,中国的民用汽车保有量明显增多,导致交通事故频繁发生,死亡人数居高不下。高速公路是主要的行驶道路,也是事故多发路段,其护栏作为保护车辆行驶的设施决定着道路的安全性。本文研究了护栏的作用原理,了解护栏如何将车辆动能转化为自身塑性变形能,并利用物理原理计算出了相关的塑性耗能。本文分析表明,目前高速公路护栏还不能在车辆发生意外时完全满足车辆安全的要求。随着经济的进一步发展,护栏材料面临更高的安全要求,并会得到不断的改进。

高速公路是我国重要的交通设施。近几年来,高速公路的建设迅猛发展,因此高速公路的安全尤为重要。护栏作为高速公路安全的重要设施,其选材及结构设计直接涉及到它所能够提供的安全保障作用。

改革开放以来,我国经济水平有明显上升。与此同时,我国的民用汽车保有量也迅猛上升。进入21世纪后,我国民用汽车保有量的增长率明显加快,2004年已达到2700万辆以上。而1994年却不足千万辆。按照这样的发展速度,预计到2020年中国汽车保有量有可能超过1亿辆。随着车辆的增多,交通事故的发生也愈加频繁。我国每年交通事故死亡人数已经由1950年的几百人到2004年超过十万。面临这样的趋势,人们迫切希望增强道路行驶的安全性。尤其是当车辆面临紧急情况而躲闪、失控冲出道路,导致事故不可避免地发生时,道路保护设施的安全性至关重要。金属护栏虽然不能减少事故的发生,但可以大大减少事故引起的人员伤亡。

1.护栏发挥安全作用的原理

高速行驶的车辆具有很大的动能。当出现紧急状况,车辆会出于躲闪、失控等原因冲向护栏。此时护栏的作用便是避免发生车辆剧烈冲撞和人员伤亡。设想一辆汽车高速撞向一堵钢筋混凝土墙,车会在瞬时间停止,与此同时,其巨大的动能会大部分转化为破坏车辆的能量,导致极大的损伤。如果将钢筋水泥墙换为一堵类似于硬橡胶般的金属墙,则车辆减速的过程会得到大幅减缓,其大部分动能会转变为金属塑性变形的能量而被逐步消耗掉,从而减少了对车辆和人员造成的损毁。高速公路的金属护栏就是发挥这种缓冲作用的安全设施。

2.护栏钢板的安全设计

目前我国高速公路的护栏均设立在道路两侧,双向道路共四排,由压成波形的钢板成条形一节节地连接而成,每段护栏之间都由钢制支柱支撑并固定。两段护栏钢板首尾由螺钉连接,并通过钢制缓冲板连接到支柱上。钢板材质以Q235为主,标准的护栏钢板尺寸为:厚度0.3cm;展开宽度48cm;单节长度400cm。由此算得单节护栏的体积为5.76X103cm3。

随着钢铁工业的发展、新品种的开发及钢材性能的改进,可供选择的护栏钢材越来越多。选择高塑性耗能率的钢板是提高高速公路行车安全性的重要途径之一。表2所列的高强冲压板、BH钢板、双相钢板、TRIP钢板等都是可以使高速公路护栏钢板安全性进一步提高的可选之材。表2最后给出TWlP钢板具有非常高的塑性、强度和极高的塑性耗能值,是目前正在开发研究中的新钢种。

3.结语

随着经济快速、高效的发展,高速公路上将会出现大型、重载、高速的汽车,它们将对护栏安全性有更高的要求。目前的护栏钢板显然尚不能完全满足要求,其安全技术指标还有待进一步的改进与提高,相关的问题也需要人们不断地研究与开发。