《高速公路新型防撞波形护栏的整体设计》
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摘 要：在我们的生活中,几乎每天都会有车辆撞到高速公路防护栏的交通事故发生.这些血淋淋的事故,让我想到了我们要减少开车上高速公路,更让我产生了重新整体设计和改进高速公路防护栏的想法.下面我谈谈我对高速公路波形护栏的一些认识,同时也向大家介绍我设计的新型防撞方波形护栏.
一、高速公路波形護栏的重要性
这段时间,我通过一些调查和学习,让我了解了很多有关交通事故的数据和知识.随着社会经济的发展和人们生活水平的提高,家用小轿车逐渐走进每一个家庭.然而,随着家用小轿车的增多,交通事故也多了起来,每一年的死亡人数却有增无减,这给无数个家庭带来了巨大的损失和沉痛的伤害.面临这样的趋势,人们迫切希望增强道路行驶的安全性.高速公路是主要的行驶道路,也是事故多发路段,特别是当车辆出现意外情况而紧急改变行驶方向,或者因车辆本身出现故障失控时,车辆就会冲出道路,自然而然地就发生了交通事故,这个时候,交通道路防护设施的重要性就体现出来了,而高速公路防护栏作为保护车辆行驶的设施,很大程度上决定了道路的安全性.
我国的高速公路防护栏基本上都是双向四排设计的,每个方向两排,并且安装在道路的两侧,这些防护栏由一块块波形的钢板通过金属立柱而固定连接在一起,安全防护性能较好.这些钢板的尺寸规格多数为：单节每块长400厘米,展开宽度为48厘米,厚度为0.3厘米,最矮的防护栏上线距离地面约80厘米,最高且加宽的防护栏上线距离地面约120厘米.钢板材质以普通碳素结构钢为主,此钢材由于含碳适中,综合性能较好,是目前正在开发研究中的新钢种,其强度、塑性耗能值和焊接等性能得到很好的配合,达到了很好的效果.防护栏的高度设计也非常重要,它既要有杜绝被车辆突破的强度,也要具有防止重心较高的重型车辆从波形梁（横梁）上方越出的高度,还要具有避免小型车辆从波形梁下方钻出的可能.
二、高速公路波形护栏的作用原理
防护栏的作用原理,就是将车辆动能转化为栏杆自身的塑性变形耗能,发挥缓冲的作用.也就是说,当车辆出现意外情况而紧急改变行驶方向或者因车辆本身出现故障而失控冲向道路防护栏时,车辆的大部分动能就会转变为防护栏金属塑性变形的能量而被逐步消耗掉,同时,防护栏还能校正车辆的运动方向和轨迹,避免车辆横向打转或翻滚等不良后果,减轻事故的严重程度,从而减少了对车辆的损毁和对人员的伤害.我们可以设想一下,假如一辆高速行驶的车辆撞向一堵钢筋水泥硬墙,汽车会在瞬间停止,此时,车辆的大部分动能就会转化为破坏车辆本身的能量,就会造成车辆的严重损毁和人员的伤害.
三、高速公路新型防撞波形护栏的整体设计
通过上面对高速公路波形护栏的重要性和作用原理的理解及介绍,高速公路波形护栏虽然不能减少事故的发生,但可以通过新的设计和不断的改进来大大减少事故引起的车辆损毁和人员伤亡.随着社会的进步和经济的发展,高速公路波形护栏无论在选材方面还是在结构设计方面,都面临着更高的质量和安全要求,然而,目前的高速公路波形护栏的质量和安全都还不能完全满足车辆安全的要求,其结构设计有待重新整体设计.因此,我特别设计了一款新型防撞护栏,形状为方波形的,以此来最大限度满足车辆安全的要求.
（一）设计目的：通过新型防撞方波形护栏的整体设计和不断改进,来大大减少事故引起的车辆损毁和人员伤亡.当车辆发生意外时,新型防撞方波形护栏能最大限度满足车辆安全的要求.
(二)设计方法：
1.把波形护栏的每一块波形梁（横梁）设计为两块方波形的,即从中间一分为二,并通过抗拉阻尼弹簧连接起来,两组抗拉阻尼弹簧之间由带保险插销螺丝钉锁住,就像关节一样能活动;当车辆与波形护栏碰撞时,波形梁因弹簧受力而向外变形扩张,以此来吸收绝大部分的碰撞能量（图一）,同时,波形梁的外表面粘了一层一定厚度的橡胶层,由于橡胶层的柔软性,当车辆与波形护栏碰撞时,也能吸收和消耗掉一部分碰撞能量（图二）.
2.立柱的顶部被金属外罩紧贴套着,金属外罩通过波形梁固定架（缓冲板）与波形梁连接在一起（图三）.把波形护栏的立柱设计成抗折弯变形复位弹簧,中间用实心橡胶棒填充,实心橡胶棒表面喷涂橙色反光涂料,不再是传统的空心金属管了,橡胶棒的材料主要由废旧轮胎等塑料材质制成（图三）,当车辆与波形护栏碰撞时,抗折弯变形复位弹簧和橡胶棒就会同时向外变形扩张,车辆的大部分碰撞能量就在方波形梁连接处的抗拉阻尼弹簧的阻碍下缓慢变形,并在立柱的抗折弯变形力的阻碍下被逐步分解成不同的方向而被吸收掉;在金属外罩面向高速公路的部位安装一个与立柱平行的柱状橡胶轮,柱状橡胶轮带有固定轴承且能自由滚动,它也能吸收部分碰撞能量和改变碰撞车辆的运动方向（图四）,避免车辆横向打转或翻滚.
（三）实验结果：经过反复研究和实验,通过这样把波形护栏重新整体设计和改进后,防撞性能大大增强了,安全系数大大提高了.当车辆撞上波形护栏时,由于波形梁、实心橡胶棒立柱和柱状橡胶轮的自身塑性变形耗能作用,其大部分碰撞能量会瞬间转变为波形护栏伸缩变形的能量而被逐步分散吸收掉,从而大大减少了对车辆损毁和人员伤害（另附有实验演示功能图和说明）.而且,只要不是特别严重的车辆碰撞,防撞波形护栏基本上可以自身修复,减少了因更换护栏而造成的资源浪费,也降低了后期的维护成本,节约了资源,不再像原来那样经常都在更换维修护栏了.采用方波形梁能最大限度增大受冲击面积,可以减小对车辆局部的冲击力,也利于橡胶层的固定.
（四）分析、结论：这样整体设计出来的波形护栏,结构简单科学、安装方便,具有自身修复功能,后期维护成本低;由于橡胶棒、柱状橡胶轮和方波形梁外层粘贴的缓冲橡胶层都可以用废旧轮胎橡胶重新热塑成型来利用,成本较低又不会浪费,整体性能和维护成本优于现在普遍使用的护栏,实用性强,可大量生产用于高速公路的建设.
(五)创新点：
1.结构简单科学、安装方便,成本较低,能自身修复,实用性强.
2.防撞性能增强,能大大减少对车辆和人员造成的损毁.
(六)高速公路新型防撞波形护栏整体设计图
作者简介：艾佩莹,女,1960年5月,广州人.毕业于广西艺术学院,在省歌舞剧院工作,舞蹈队的钢琴伴奏,高级职称,已退休.现定居法国.在九州出版社出版《随笔录》、在北京日报出版社出版《时间的片段》和《思绪的片段》.在科学导报发表论文《平衡论》、在语文课内外省级杂志发表《回不去的语文课》.
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