第二章交通安全设施设计

第二章交通安全设施设计•以防治交通事故为基本出发点——避免事故发生或减轻事故的严重程度。第二章交通安全设施设计交通安全设施属于道路最基础的设施之一。对充分发挥高等级公路（特别是高速公路）安全、快速、经济、舒适的功能，具有重大的意义。一、交通安全设施的作用●减少交通事故频率，减轻交通事故的危害●减少、消除交通系统中各种纵、横向干扰●提高道路管理、服务水平●提供道路各类视线诱导，●改善行车环境和道路景观。二、现状和发展在近20年期间，我国交通土建有了飞速发展，公路总里程位居世界第三，高速公路逾4万公里高居世界第二，但道路设施建设十分落后，远跟不上交通发展的需要。目前世界各国尤其是交通发达国家，对安全设施的研究、开发、应用非常重视，不断提出新观念、新产品。未来发展主流：●形式多样●经济美观●性能优良●安全适用三、交通安全设施的主要种类◆安全护栏（含防撞、缓冲等）◆防眩设施◆隔离、封闭设施◆视线诱导设施我国二级以上国道基本配备了一定数量的安全设施，但在数量、效能、规范等方面难于满足道路交通现代化需求。近年来修建的高等级公路，都安装了齐全、先进的安全设施，对保障交通安全，提高运输效益、加速我国交通现代化起到了良好的作用。最高设施配置沈大高速京沪高速•交通安全设施主要类型：–安全护栏及相应的防撞缓冲设施–防眩设施–隔离封闭设施–视线诱导设施防眩设施隔离封闭设施城市道路上的隔离设施视线诱导设施——线性诱导标（导向标）反光道钉辅助信号灯:使不同位置、不同车道机动车都能看到信号灯运行情况，避免因车道多、大型车辆遮挡前方视野的状况§2.1安全护栏为确保行车安全在道路沿线设置的一定程度上能御防车辆超越的防护设施。一、两个重要概念1、路上危险物①常规障碍道路上、道路两侧安全距离之内一切对行车造成潜在危害的物体或空洞。如道路本身构造和设施：中央分隔带、路堤、路堑边坡、护栏、防撞垫、路缘石、标志柱、排水沟、挡土墙等。欧洲特色无非机动车道路侧危险物路侧水沟、空洞刚性护栏会对事故车辆产生严重破坏沿线树木危险性不同涵洞端墙对越出路界车辆造成危险其他物体和空洞※其他交通工程设施（交通标志、应急电话等）※自然物（如山石、树木、河流、沟壑等）※安全距离内的人工构筑物所有按需求设置或无法移走的实体或空洞都视为路上危险物。②潜在的障碍此类主要是道路平、纵曲线设计时，由于环境等客观因素造成道路参数的不合理。如：道路平、纵曲线小于设计标准规定时，其平、纵曲线曲率半径皆成为路上危险物。连续弯道、连续陡坡等路段，有关参数亦视为路上危险物。公路设计考虑的危险物范畴车道上实物分隔带车道外侧一定区域实物安全高速道路参数潜在危险物•弯道视线引导问题岔道误导问题交通事故中路边护栏的缓冲作用不言而喻交通事故中破坏的护栏发生意外后，半刚性护栏改变了车辆运动轨迹，可避免或减少冲向对面车道、翻下深沟等悲剧。碰撞改变惯性轨迹③道路两侧危险物距离标准路侧物体对车辆行驶造成了一定影响，但根据所处位置离路边线距离大小，其对行车影响的程度不同，道路设施设计时，应全面、准确的分析。不同国家路侧安全距离标准比利时3.5米法国（高速公路）10米荷兰10米英国4.5米瑞士10米中国高速公路4.5米一级公路4.5米二级公路2.0米④护栏防护条件和原理※护栏设置的合理性车辆撞上护栏的危险程度低于直接撞上（或坠落）被隔离物的危险程度。※护栏碰撞原理碰撞后车辆、护栏之间产生弹塑性变形、相对运动的摩擦、惯性力方向改变，达到释放碰撞能量，引导车辆和乘员脱离或减少危险。是衡量一定质量的车辆以一定的碰撞条件（碰撞速度和碰撞角度）越出路外和（或）碰撞路侧危险物造成事故的后果或严重程度的指标。它是对事故造成财产损失、伤亡程度的综合评价值。不受事故发生的概率或频率的影响。事故严重度用指数SI表示。①理论计算公式：SI＝ΣΣP（Si/A）×P（Ij/Si）×W（Ij）P（Si/A）——事故A发生在碰撞条件i下的概率；P（Ij/Si）——在碰撞条件i下伤亡严重度j的概率；W（Ij）——伤亡严重度j的加权系数。2、事故严重度影响事故严重度的因素非常复杂，因此同一障碍物往往会产生不同的后果，主要取决于事故中的碰撞条件。包括：※碰撞速度和角度；※发生碰撞的车辆部位；※车辆种类和质量；※道路特点；※道路环境当时的通行条件。②碰撞条件：SI＝（24H＋6I＋P）/N式中：H——死亡事故数I——受伤事故数P——财产损失事故数N——事故总数(实际上应用理论公式十分困难，通常根据某种具体设计目标，运用事故资料数据来对具体障碍物进行简化计算。)注意的问题：※简化计算没考虑碰撞条件，是一种统计数；※事故严重度是设置护栏的重要依据，但不是绝对因素。③简化计算公式：•指标的应用：–护栏设计；–道路安全评价指标；–护栏性能评价等。注意1：•在公路上设置护栏并不是为了减少一般事故的发生。•护栏与其它安全设施的显著区别是以护栏和车辆自身的破坏（变形）来防止更严重的事故发生。•在设置护栏避免车辆与其它危险物碰撞时，应把护栏当成危险物看待。如果是某一车辆以一定碰撞条件碰撞某一危险物的事故严重度比相同条件下碰撞护栏的事故严重度小，则不能用护栏保护该危险物。•香港屯门公路巴士冲落山坡车祸现场目前我国在这方面研究正在进行，有关成果尚未形成标准、规范。工程设计大部分依据实践经验和参考国外类似数据。根据美国1982~1984年事故资料计算得到的部分路侧构造物的事故严重度指数一览表护栏SI＝3.9桥梁端头SI＝5.3树木SI＝4.8电线杆SI＝4.5桥墩/桥台SI＝4.6标志柱SI＝3.8排水沟SI＝4.2事故严重度指数平均事故成本（元）115602248033400445005582067670711470注意2：•并非是路侧危险物的事故严重度只要大于护栏的事故严重度就要设置护栏，而是应考虑该路段发生事故的概率。•一般情况下都需要进行经济效益分析。在经济分析模型中，主要考虑事故严重度、事故率、事故成本、路侧危险物距行车道的距离、车速和碰撞角分布、交通量、交通组成、护栏设置成本、维护养护费用、护栏使用年限和利率分析等。减少车辆碰撞道路上危险物的措施：※条件允许时，直接移走所有危险物；※解体消能结构设计例如路边应急电话亭，为了使用、管理方便，一般设置于危险距离内，设计时应考虑不能建造成有基础的刚性建筑。※用护栏或防撞垫保护护栏用于对不可移走的危险物进行隔离保护，但护栏本身也是一种危险物，对行车要造成影响，因此是指时要考虑其合理性。※通过识认诱导或其他警告设计，改善路侧障碍物的醒目度。※降低道路的允许行车速度（限速措施）●路上危险物是交通事故的隐患，其影响可以用SI的大小表示其程度；●护栏是对不可移走危险物的隔离防护设施；●危险物的SI值并非常数，与碰撞条件有关；●SI值一般可用简化计算公式计算；●原则上护栏SI值应低于危险物SI值；●设置护栏还应考虑事故频率、经济条件等；●SI还用于对交通安全评定、护栏性能评定等3、路上危险物小结1、按护栏构造形式分类●半刚性护栏●刚性护栏●柔性护栏2、按护栏设置位置分类●路侧护栏●中央分隔带护栏●桥梁护栏●过渡段护栏●端部护栏●防撞垫就护栏结构形式而言，半刚性护栏具有刚柔两方面的特性，是公路中应用最广泛的一类。护栏设置位置不同，其构造、强度有差异，但仍可归于上述三类。二、护栏的种类三波波形护栏3、半刚性护栏圆管护栏●刚柔相兼适度；●具有一定强度，能御防意外车辆超越；●能吸收一定的冲击能量，减少车辆损坏；●结构合理，有较好的视线诱导功能；●造型美观，易于维修；●可用于较窄的中间隔离；●加强型半刚性护栏用于严禁超越地带。半刚性护栏功能特点路侧护栏中间隔离波形梁护拦波形梁护栏结构图波形梁护栏结构图通过车轮转动角的改变、车体变位、变形和车辆与护栏、车辆与地面的摩擦来吸收碰撞能量。在碰撞过程中，车辆变形程度取决于其自身的刚度、碰撞能量和碰撞作用时间。基本不变形的护栏，用于严格阻止车辆超越的环境，如高架桥、深沟等场合。遇大角度冲撞，将造成较为严重的后果。4、刚性护栏混凝土墙式护栏混凝土组合式护栏三波波形●相对刚性大，防止车辆超越效果好；●不易损坏，几乎不用维护、维修；●可用于较窄的中间隔离；●对大角度冲撞车辆的损坏严重；●给人员造成的安全感和瞭望效果差，存在较强的行驶压迫感。刚性护栏功能特点混凝土刚性护栏断面图混凝土护栏结构图中央分隔带分离式混凝土护栏结构图是一种具有较大缓冲能力的韧性护栏结构，缆索护栏是其代表形式，它是一种以数根施加初张力的缆索固定于立柱上面组成的结构，完全依靠缆索的拉应力来抵抗车辆的碰撞，吸收能量。柔性护栏的柔度较大，抗冲撞强度较低，常用于低速区域，兼隔离功能。5、柔性护栏路边钢索式柔性护栏●常用缆索结构，弹性大，发生意外时护栏在弹性范围内工作；●立柱间距灵活，不受地面沉降影响；●造型优雅美观，常用于风景区；●护栏可重复使用，局部维修方便；●总体施工困难，特别是端部工程；●视线诱导效果差；●造价较高。柔性护栏功能特点缆索护栏埋入式端部结构图二、护栏的功能●公路上护栏应具备以下几个方面的功能：●①防止失控车辆越出路外或穿越中央分隔带闯入对向车道；●②防止车辆从护栏板下钻出，或将护栏板冲断；●③应能使失控车辆回复到正常行驶方向；●④发生碰撞时，对乘客的损伤程度最小；●⑤能诱导驾驶员的视线。•从对护栏的功能要求可以看出:一个矛盾–要防止车辆越出路外或闯入对向车道的严重事故发生，必然要求护栏具有足够的力学强度来阻挡车辆的碰撞——即要求护栏的刚度越大越好；–但从保护驾乘人员免受伤害或减轻伤害程度考虑，则希望护栏要具有良好的柔性。–同时,道路上行驶车辆的种类、质量、碰撞速度与角度变化很大，而护栏只能按一定的规格设计，因此，更加剧了对护栏功能要求的矛盾。•护栏设计中的要点——就在于找出这两者间矛盾的调和点–只有进行合理的设计，才有可能实现护栏的功能要求！–新型材料的使用有助于缓解上述矛盾！三、护栏的设计依据●要实现护栏的功能，需要护栏既要有相当高的力学强度和刚度来抵抗车辆的冲撞力，又要使其刚度不过大，以免使乘客受到严重的伤害。我国护栏设计应遵循以下原则：●①顺应护栏碰撞条件的发展趋势，满足我国公路交通实际情况的要求，确保85％-90％以上的失控车辆不会越出、冲断或下穿护栏；●②坚持“以人为本，安全至上”的指导思想，最大限度地降低事故严重程度并减少二事故的发生；●③车辆碰撞护栏是小概率交通事件，在确定护栏碰撞条件时应坚持经济、实用原则，应考虑我国的经济承受能力；●④满足碰撞条件的护栏结构应能通过实车碰撞试验的验证•四、护栏的设计条件•护栏设计条件（或称碰撞条件）的确定主要考虑因素：–标准车型与车辆质量；–碰撞速度与碰撞角度；–道路条件与交通特性；–事故成本与国家经济发展水平•上述因素的确定大多采用收集以前大量的事故资料进行分析而获得；各国又根据自己的道路交通条件和事故成本经济性等具体情况，对护栏的设计条件有不同考虑。–日本：以大型车辆失控后不越出路外、不发生二次事故为主导思想–欧美国家：以第一次碰撞中尽量减少乘员的伤害为主导思想。•日本：考虑到国土狭小、大部分建筑物距离道路很近、且大型货车占60%以上、经济承受能力强等特点，其设计条件的确定是以大型车辆失控后不越出路外、不发生二次事故为主导思想。•欧美国家：国土辽阔，路侧和中央分隔带有足够的富余宽度，边坡平缓，小汽车占85%~93%，事故成本高，故其设计主导思想是以第一次碰撞中尽量减少乘员的伤害。•我国在确定护栏设计条件时，主要考虑以下因素：1、道路条件：侧向净宽小、边坡陡、沿线村镇密集；2、标准车型与车辆的质量：选型原则：应能代表85%以上道路上行驶的车辆群体；3、车辆的碰撞角度：车辆冲击方向与护栏纵面所成的夹角15~20度(小汽车20度)；4、碰撞速度：近似取平均运行速度的0.8倍；5、防撞等级：表示护栏阻挡车辆碰撞的能力，用车辆的碰撞前具有的能量表示，即：2)sin(21Evm四、护栏设计条件●1、碰撞角度●碰撞角是车辆冲击方向与护栏纵面所成的夹角。它与道路等级、车辆的种类