新型高強度鋁合金波形梁護欄

當前高速公路波形護欄采用的結(jié)構(gòu)形式主要包括雙波或三波波形板、防阻塊以及圓柱型鋼立柱。為提高護欄在各種不同自然環(huán)境下的使用壽命，必須對鋼材進行防腐處理，除增加了養(yǎng)護維修費成本外，有些防腐處理還會產(chǎn)生重金屬污染。此外，護欄因常規(guī)更換、事故損壞、道路改建替換等原因，每年產(chǎn)生的廢舊護欄量很大。因廢舊鋼材價格下降，材料循環(huán)再利用問題也日益突顯。與交通運輸部在實施綠色公路建設(shè)中要求的積極推動廢舊材料的循環(huán)再生利用、加強生態(tài)保護以及突出全壽命周期成本等指導(dǎo)意見形成尖銳矛盾。

提出將抗腐蝕性好、無需防腐處理的一種新型高強度鋁合金材料用于設(shè)計波形梁護欄（以下簡稱新型護欄），不僅能夠有效避免鋼護欄防腐污染和再利用率低的不足，而且可以降低護欄的全壽命周期成本。

以目前國內(nèi)高速公路廣泛使用的三級波形梁護欄作為研究對象，根據(jù)JTG/T D81—2017《公路交通安全設(shè)施設(shè)計細則》確定的防護等級為A 級的波形梁護欄要求，擬采用的新型高強度鋁合金的強度與鋼材相似，且達到7 系鋁材的強度值，該護欄的波形梁板、立柱、托架或防阻塊、加勁肋等構(gòu)件均采用新型高強鋁合金材料制成，僅高強連接螺栓采用鋼制。

采用該材料作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)考慮材料彈性模量較小、材料剛度不足引起的結(jié)構(gòu)變形和穩(wěn)定性問題，考慮鋁合金材料剛度較低問題，通過增大截面的幾何尺寸以彌補結(jié)構(gòu)剛度不足，控制鋁制護欄的變形?；谝?guī)范中A 級三波梁護欄的結(jié)構(gòu)，在仿真分析中考慮將立柱尺寸增加為Φ140 mm×6 mm，梁板為506 mm×85 mm×5 mm，其結(jié)構(gòu)示意見圖1。

根據(jù)實際應(yīng)用情況分析，分段生產(chǎn)的波形梁護欄是經(jīng)高強螺栓拼接而成，在碰撞以后發(fā)生剪切斷裂破壞的幾率很小，因此在建模中將波形梁護欄處理為一整體。建立長度為72 m、立柱間距為4 m 的三波梁護欄模型，根據(jù)文獻規(guī)定的三級波形梁護欄的結(jié)構(gòu)形式，立柱全長2 500 mm，埋入地下深度1 650 mm。相比于護欄立柱長度，護欄梁板、立柱等構(gòu)件厚度很小，采用殼單元；考慮護欄碰撞是大變形問題，為有效提高計算速度，采用面內(nèi)單點積分。在碰撞產(chǎn)生的動力荷載作用下，應(yīng)變率對護欄的影響很大，因此模型中護欄材料選擇24 號材料。

通過對新型護欄的碰撞能力仿真分析，表明該護欄標準段結(jié)構(gòu)可達到現(xiàn)行規(guī)范中的A 級要求，防護能力達到160 kJ。新型高強度鋁合金再利用率和回收剩余價值較高，能夠有效促進廢舊護欄的循環(huán)使用，節(jié)約資源、降低護欄的全壽命周期成本；其耐腐蝕強的優(yōu)點能避免防腐處理產(chǎn)生的重金屬污染，為解決安全設(shè)施防銹污染提供一種新思路，可有效促進綠色公路在交通安全設(shè)施方面的發(fā)展。