第３５卷，第３期 公 路 工 程 Ｖｏ１．３５．Ｎｏ．３ ２ ０ １ ０年６月 Ｈｉｇｈｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｕｎ．，２ ０ １ ０ 凤凰型美观混凝土护栏的实车碰撞试验研究 刘小勇，张颖 （１．北京中路安交通科技有限公司，北京１０００７１） ［摘要］根据常（德）一吉（首）高速公路ｓｓ级防撞等级的凤凰型美观混凝土护栏的实车碰撞试验研究，主要 介绍了公路护栏安全性能、防撞性能和导向性能的实车碰撞试验及评价方法，从试验的准备、试验及数据采集、试 验结果数据的分析、试验结果的评价等方面进行了全面概述，同时，对碰撞试验条件参数、试验车型、数据采集、性 能评价指标及评价标准等提出了相应要求，为今后护栏的研究和设计提供经验参考，也可以作为其它交通安全防 护设施的设计、研究及性能评价的借鉴实例。 ［关键词】凤凰型混凝土护栏；碰撞试验；安全性能；防撞性能；导向性能；评价指标；评价方法 ［中图分类号】Ｕ ４１７．１ ２ ［文献标识码］Ｂ ［文章编号］１６７４－０６１０（２０１０）０３—０１６７—０６ Ｆｕｌｌ－ｓｃａｌｅ Ｉｍｐａｃｔ Ｔｅｓｔ Ｓｔｕｄｙ ｆｏｒ ａｒｔｉｓｔｉｃ Ｐｈｏｅｎｉｘ—ｓｈａｐｅ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｇｕａｒｄｒａｉｌ ＬＩＵ Ｘｉａｏｙｏｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｙｉｎｇ （Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｚｈｏｎｇｌｕ’ａｎ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００７１，Ｃｈｉｎａ） ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ｐｈｏｅｎｉｘ－ｓｈａｐｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｇｕａｒｄｒａｉｌ；ｉｍｐａｃｔ ｔｅｓｔ；ｓａｆｅｔｙ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ； ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｄｉｒｅｃｔｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ；ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ 湖南常（德）一吉（首）高速公路凤凰型美观混 表１实车碰撞试验条件 凝土护栏是一种新型结构形式的混凝土护栏，防撞 等级要求达到ｓｓ级，即防撞能量５２０ ｋＪ。为了保证 其应有的安全防护功能，需要对其进行实车足尺碰 撞试验，并对试验结果进行安全性能评价，以确保护 栏的安全性能、防撞性能及导向性能等评价指标均 满足《标准》¨ 中各项规定的要求。 车型 车辆质量／碰撞速度碰 度 ｋｇ（ｋｍ ｋｍｈ ｈ￣Ｉ） Ｊ １ 试验准备 １．１碰撞试验条件 广场除模拟特殊气候状况的试验以外不能有水、冰、 根据常吉高速公路凤凰型美观混凝土护栏ｓｓ 雪等。在护栏碰撞点附近的内侧路面上及护栏的外 级的防护等级，以及《高速公路护栏安全性能评价 侧应能设置可供进行图象采集的标准线及标准点。 标准》（ＪＴＧ／Ｔ Ｆ８３一Ｏ１—２００４）对试验条件的要求，本 凤凰型美观混凝土护栏实车足尺护栏碰撞试验场地 次试验的车型主要为小客车和大客车，小客车的碰 如图１。 撞试验主要测试车内乘员的安全保护和碰撞后的运 ②试验护栏。准备试验的护栏样品应和设计 行轨迹，大客车的碰撞试验主要测试护栏的防撞性 图样一致，包括材料、截面尺寸、基础及设置等，对于 能。另外，车辆质量、碰撞速度、碰撞角度的碰撞试 刚性护栏试验段的安装长度不应小于４０ ｍ，护栏碰 验条件见表１，控制精度见表２。 撞点后方的护栏长度不得小于１０ ｍ；而半刚性护栏 １．２试验场地、试验护栏和车型参数 和柔性护栏试验段的安装长度为不应小于７０ ｍ，护 ①试验场地。试验场地应为专用实车碰撞试 栏碰撞点后方护栏长度不小于２０ ｍ。 验场，要求宽阔平坦，加速跑道应能使试验车辆加速 常吉高速公路凤凰型美观混凝土护栏属于刚性 后达到试验要求的车速并满足速度精度要求，碰撞 护栏，其试验段护栏（见图２）安装长度为４８ ｍ，碰 ［收稿日期】２００９—１２－１４ ［作者简介】刘小勇（１９８２一），男，江西永新人，工程师，主要从事交通安全设施的研究、设计和咨询工作。 ｌ６８ 公路工程 ３５卷 撞点设置于试验段护栏三分之一位置处，即护栏碰 撞点后方长度１６ ｍ。 护栏在试验前应根据图纸对其几何参数、技术 要求等进行详细检查，并登记在记录表中，检查项目 包括：护栏形式、截面积、高度、各种几何参数、基础 情况、材料等。 ③试验车辆车型参数。试验小客车车型参数 见表３，车型照片见图３；大客车车型参数见表４，车 图１碰撞试验场地 型照片见图４。两种试验车辆的质量均满足其精度 图２凤凰型美观混凝土护栏试验段 表３试验小客车车型参数表 图３ 试验小客车上、前、后视图 表４试验大客车车型参数表 图４试验大客车上、前、后视图 第３期 要求。 刘小勇，等：凤凰型美观混凝土护栏的实车碰撞试验研究 １６９ 导向，禁止车辆任何形式的穿越、翻越、骑跨、下穿护 栏。 ２试验及数据采集 试验时，用适当的方法使试验车达到规定的试 验车速，并应有１０ ｍ以上的速度稳定距离；另外，试 验车辆在加速和运行过程中转向器和制动器踏板应 ②护栏应有良好的导向性能，车辆碰撞后的驶 出角度应小于碰撞角度的６０％。 ③碰撞后试验车辆应保持正常行驶姿态，不发 生横转、掉头等现象。 处于自由状态，除与护栏的碰撞以外车辆不受任何 外力干涉；试验车辆在与护栏碰撞前应与牵引装置 ④在碰撞过程中，脱离组件、碰撞碎片、或其他 护栏上的碰撞物不能侵入驾驶室内及阻挡驾驶员的 分离，自驱动车辆应熄火，使车辆在碰撞过程中完全 视线。 处于自由状态。 ⑤刚性护栏最大动态变形量小于或等于１０ 试验过程中应在护栏的上方、正面、侧面三个方 ｃｍｏ 向同时设置摄像机，记录车辆与护栏碰状的全过程， ⑥车体３个方向加速度１０ ｍｓ最大平均值不 摄像机的拍摄速度最低不得低于２００幅／ｓ。用护栏 大于２０ ｇ。 上方的摄像机记录车辆的碰撞角度、驶出角度、车辆 ３．１ 小客车试验结果及数据分析 运行轨迹，用护栏变形平行方向的摄像机记录护栏 ①实测碰撞条件数据分析、评定。 的最大动态变形量。车体所受冲击加速度的测量主 小客车碰撞试验中实测的碰撞速度、碰撞角度、 要通过安装在车辆中心线上的加速度传感器来实 车辆质量等均满足要求，见表５。 现。 表５小客车试验实测碰撞条件数据 ３试验结果及数据分析 试验后，首先应对所测碰撞条件数据及图象进 行分析，如果符合要求，则进行各项评价指标的数据 和图象的分析、评定，评定结果应符合《标准》…中 ②试验过程中车辆行驶轨迹。 规定的各项指标的要求： 车辆碰撞护栏后小客车保持正常行驶姿态，未 ①护栏应能够有效地阻挡车辆并对车辆进行 发生横转、掉头、翻车等现象，行驶轨迹见图５所示。 霭 霈霾震震 图５ 小客车试验的车辆行驶轨迹 ③３个方向车体加速度。 要求每项指标均应满足评价标准的要求，其中任何 小客车碰撞试验过程中３个方向的车体加速度 一项指标不符合评价标准的要求均应视该护栏不符 曲线如图６所示。 合安全要求。小客车评价指标评定结果见表６。 ④试验后护栏及车辆情况。 ３．２ 大客车试验结果及数据分析 小客车碰撞护栏后，护栏 结构完好没有破 ①实测碰撞条件数据分析、评定。 坏，碰撞区域局部有表面划痕，护栏损坏见图７，试 大客车碰撞试验中实测的碰撞速度、碰撞角度、 验后小客车损坏见图８。 车辆质量等均满足要求，见表７。 ⑤小客车试验评价指标评定。 ②试验过程中车辆行驶轨迹。 通过对小客车碰撞护栏的试验过程、试验数据 车辆碰撞护栏后大客车保持正常行驶姿态，未 等的整理、分析，可以针对每项评价指标进行评定， 发生横转、掉头、翻车等现象，行驶轨迹见图９所示。 ｌ７０ 公路工程 ３５卷 ４ ２ ｏ ≈ ５ Ｏ ｍ ８ ６ ４ ２ ０ ∞ ＾ 、 … ．．１ｆ Ｉ＾ｎ 越 Ｗ 一 Ｖ ． ８ 尽 ： 怖 图７ 小客车试验后的护栏 （ａ）车体 方向加速度曲线图 、 匠 ｌ ｎ＾． ．＾．， 。Ｖ Ｖ … … ０．２ Ｏ．４ ０．６ Ｏ ８ 图８碰撞试验后的小客车 （ｂ）车体Ｙ方向加速度曲线图 ③３个方向车体加速度。 大客车碰撞试验过程中３个方向的车体加速度 、 曲线如图ｌ０所示。 直 日 厦 ④试验后护栏及车辆情况。 一 九 ＾． ． 一 ＼＾ 大客车碰撞护栏后，护栏整体结构完好没有破 ０４ ０．６ ０ ８ 坏，碰撞区域局部有表面划痕，碰撞区域有开裂和裂 纹，护栏损坏见图１ １，试验后大客车损坏见图ｌ２。 （ｅ）车体ｚ方向加速度曲线图 ⑤大客车试验评价指标评定。 图６小客车试验的车体３个方向加速度曲线 通过对大客车碰撞护栏的试验过程、试验数据 表６小客车试验评价指标评定 检测参数 评价指标 检测值 薯笔 防撞性能 护栏应能够有效地阻挡车辆，禁止车辆以任何形式的穿越、翻越、、骑跨、下穿护栏 符合要求 合格 防撞性能 在碰撞过程中护栏组件、碰撞碎片或其他碰撞物不能侵入驾驶室内及阻挡驾驶员视线 符合要求 合格 车体加速度 车体三个方向加速度ｌＯ ｍｓ最大平均值均不大于２０ ｇ ：７．０ ｇ，ｙ：１６．９ ｇ，Ｚ：６ １ ｇ 合格 驶出角度 护栏有良好的导向功能，驶出角度小于碰撞角度的６０％ ７．５。 合格 车辆行驶状态 碰撞后车辆保持正常行驶姿态，不发生横转、调头、翻车现象 符合要求 合格 最大动态变形 护栏最大动态变形量≤１００ ｍｍ ０ ｍｍ 合格 表７大客车实测碰撞条件数据 等的整理、分析，可以针对每项评价指标进行评定， 要求每项指标均应满足评价标准的要求，其中任何 一项指标不符合评价标准的要求均应视该护栏不符 合安全要求。大客车评价指标评定结果见表８。 图９大客车碰撞试验车辆行驶轨迹 第３期 刘小勇，等：凤凰型美观混凝土护栏的实车碰撞试验研究 １７ｌ ５ ４ ３ ２ Ｏ ｍ ８ ６ ４ ２ ０ ０ ＼ ＿叵 （ａ）车体 方向加速度曲线图 ｂＤ 、 霍 一 一 ０＿ 。＿０ 时间ｔ， （ｂ）车体Ｙ方向加速度曲线图 塞 ． ＾』 最一１ 一ｚ 一 — ０ ｙ。．６－ ：； 。Ｉ 时间ｔ／ 图ｌ１ 大客车试验后的护栏 图ｌ２碰撞试验后的大客车 表８大客车试验评价指标评定 ４ 结论 本文通过凤凰型美观混凝土护栏的实车足尺碰 撞试验研究，详细介绍了护栏安全性能各项指标的 凤凰型美观混凝土护栏的小客车和大客车碰撞 检测试验及评定方法，为今后我国高速公路新型结 试验的评定结果表明，护栏的各项性能指标均满足 构形式的护栏及其它安全防护设施的研究、设计提 《标准》 的要求。由实测的碰撞试验条件参数可 供了经验参考。从试验研究过程来看，碰撞试验条 知，护栏的防撞能量为５２２ ｋＪ，大于要求的５２０ ｋＪ 件及车型参数的确定是护栏实车足尺碰撞试验研究 的防撞能量，达到了《规范》 中规定的ｓｓ级的防 开展的基础，它决定了护栏的防护能力及防撞等级， 撞等级。 因此在进行安全防护设施研究及性能评价时，有必 ｌ７２ 公路工程 ３５卷 要根据实际应用路段的交通特性及安全防护要求， 文集［Ｃ］．大连，２００２． 对碰撞试验条件进行研究确定。 ［６］余志生．汽车理论［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０００． ［７］ 张京明，江浩斌．汽车工程概论［Ｍ］．北京：北京大学出版社， ２００８． ［参考文献】 ［８］刘少源．高速公路汽车与护栏碰撞的动力特性研究［Ｄ］．清华 ［１］ＪＴＧ／Ｔ Ｆ８３一叭一２００４，高速公路护栏安全性能评价标准［Ｓ］． 大学，１９９４． ［２］ＪＴＧ Ｄ８１—２００６，公路交通安全设施设计规范［Ｓ］． ［９］ 罗 恒．常德高速公路新型砼护栏研究数值模拟分析［Ｊ］．公 ［３］ＪＴＧ／Ｔ Ｄ８１—２００６，公路交通安全设施设计细则［Ｓ］． 路工程，２００８，３３（４）：２５—２８． ［４］ 交通部公路科学研究院．高速公路护栏实车碰撞试验方法研 ［１Ｏ］ 方坚宇，丛银霞，冯雄辉，等．常吉混凝土桥梁防测翻景观护 究［Ｒ］．北京，２００２， 栏设计［Ｊ］．公路工程，２００８，３３（６）：７５—７８． ［５］ 于树平，乔希永 高速公路安全护栏试验方法及评价标准的分 ［１１］ 方坚宇，张颖，刘小勇，等．凤凰型美观混凝土护栏开发研 析研究［Ａ］．中国汽车工程学会第七届汽车安全技术会议论 究［Ｊ］．公路工程，２００８，３３（６）：１２６—１２９． （上接第１５５页） 服务水平Ｄ：收费站前平均有三辆车排队等 成倍增加，可以服务的车辆数并不呈相同比例地增 候，到达车辆须排队缓慢驶入收费站； 加，而是要稍微偏大一些，这是由于车辆到达后在有 服务水平Ｅ：收费站前平均有十辆车排队等 多个通道时，车辆的分配不是简单地按通道数平均 候，驾驶员逐渐难以忍受长时间地等候； 分配，因此用Ｍ／Ｇ／Ｋ模型更能表现收费通道车辆 服务水平Ｆ：收费站前车辆排成长队，且后续 分配的实际情况。同时研究表明，在不同类型的收 车辆不断到达，服务率有限。 费站中，在相同的收费车道数下，排队车辆数不同导 在公路收费站的规划、设计或评价时，根据标准 致收费站能处理的车辆数也不同，随着排队车辆数 延误流量曲线，通过各级服务水平的修正得到服务 的增加，收费站能够处理的车辆数也在不断增加。 通行能力。在实际应用过程中，通常采用高峰小时 平均排队车辆数从１辆增加到４辆时，收费站的通 的ｃ级服务通行能力作为设计依据，Ｄ级服务通行 行能力增加幅度较大；从４辆到６辆时，收费站的通 能力作为评价依据。 行能力增加幅度趋缓；从６辆到８辆时，收费站的通 行能力增加幅度进一步减缓。 ５ 结语 ４收费站服务水平等级的确定 本文通过某高等级公路收费站的实地调查数据 的分析，给出了收费站在不同的ＥＴＣ使用率情况下 收费站的服务水平是描述收费站内部交通流的 的收费站的通行能力。并通过实际数据得到了在不 运行条件对司机与乘客感受的一种质量标准。一般 同的ＥＴＣ车道数情况下收费站的通行能力。在公 评价收费站服务水平的标准有：收费时间的长短、车 路收费站的规划、设计或评价时，还可以结合收费站 辆在收费站延误时间的长短、排队长度的长短。研 的受阻车辆、延误时间、排队长度、设计交通量、车种 究表明：收费时间的长短受收费制式、收费设备以及 组成、ＥＴＣ使用率、ＥＴＣ收费道数等因素综合考虑， 收费人员素质等的影响较大。车辆在收费站的延误 通过分析以得到符合实际的服务通行能力。 时间的长短虽然可以较好地评价收费站的交通条件 质量，但易造成在相同的延误下，不同类型收费站的 ［参考文献］ 服务水平不一致且延误数据不易获得、精度低。目 ［１］ｗｅｒｎｅ ｒｂｒｉｌｏｎ．ｔｒａｆｆｉｃ ｆｌｏｗ ａｎａｌｙｓｉｓ ｂｅｙｏｎｄ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍｅｔｈ— 前我国高等级公路收费站的服务水平可以采用车辆 ｏｄｓ［ｃ］．Ｆｏｕｒｔｈ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ ｈｉｇｈｗａｙ ｃａ— 的平均排队等候时间来划分服务水平。 ｐａｃｉｔｙ，２０００，２６—４０． 服务水平Ａ：车辆到达，可随时进人收费通道 ［２］ 陈宽民．道路通行能力分析［Ｍ］．北京：人民交通出版社， ２００３． 接受服务，无须排队等候； ［３］ 谢军．高速公路通行能力分析与服务质量评价研究［Ｄ］．西 服务水平Ｂ：收费站前短时间内有车队形成， 安：长安大学，２００７． 少部分车辆需停等，大部分车辆可无须停等进入收 ［４］ 张智勇，荣建，郑弘，等．基于Ｍ／Ｇ／Ｋ排队模型的北京地 费站接受服务； 区高速公路收费站通行能力研究［Ｊ］．公路，２００１，（７）． 服务水平Ｃ：收费站前逐渐形成车队，平均每 ［５］ 曹园园．高速公路收费站的通行能力和服务水平［Ｊ］．北京公 路，２００４，６． 个收费通道前有一辆车排队等候，驾驶员有延滞感；
