Életmentés tervezéssel: Az útvédő korlátrendszerek tervezése

Az ítélet: a megfelelően meghatározott védőkorlátok 78%-kal csökkentik a halálos kimenetelű ütközések számát

A rögzített veszélyforrásokkal szomszédos útszakaszokon (hidak, töltések, meredek lejtők vagy szemközti forgalom) a megfelelően megválasztott útvédő korlát csökkenti a halálos lefutású (ROR) balesetek előfordulását dokumentált 78% az akadálymentességhez képest 15 000 ROR-ütközés FHWA-baleset-elemzése alapján. A közvetlen következtetés: az útvédő korlátrendszereket vizsgálati szint (TL-1-TL-5), szabad távolság (munkaszélesség) és lehajlási kategória (alacsony, félmerev vagy merev) szerint kell meghatározni a működési sebesség, a forgalom és a veszély súlyossága alapján. Ez a cikk konkrét kiválasztási kritériumokat tartalmaz a W-gerenda és a háromgerendás profilokhoz, az oszlopok távolságához (1,9-3,8 m), a blokkoló típusokhoz (fa, műanyag vagy acél) és a végszakaszokhoz (ütőpárnák és végkezelések) az NCHRP 350 és a MASH töréstesztelési szabványok empirikus adatai alapján.

Védőkorlát tesztszintek: TL-1 – TL-5, magyarázat

Útvédő korlát az Egyesült Államokban működő rendszereknek meg kell felelniük a Manual for Assessing Safety Hardware (MASH) című dokumentumban meghatározott törésteszt-kritériumoknak. Hat tesztszint (TL-1-től TL-6-ig) határozza meg az ütközési feltételeket a különböző úttípusokhoz. Nagy sebességű autópályákon (70 mph / 110 km/h tervezési sebesség) a minimális követelmény a TL-3, amely 2270 kg-os felszedővel teszteli az ütközést 100 km/h sebességnél és 25 fokos szögben. . A TL-4 egy 10 000 kg-os egyegységes teherautót ad hozzá 90 km/h sebességgel; A TL-5 egy 36 000 kg-os nyerges vontatót ad hozzá 80 km/h-val. A TL-3 védőkorlát téves meghatározása 20%-os teherautó-forgalommal rendelkező autópályán behatolási kockázatot jelent – ​​a sorompó tartalmazni fog autókat, de előfordulhat, hogy nem tudja átirányítani a félpótkocsit.

Vegyes forgalmú utakon (autók és teherautók) a TL-4 a minimum ajánlott. A baleseti adatok azt mutatják, hogy a TL-3 sorompók 15%-os tehergépjármű-forgalommal rendelkező utakon 35-40%-os áthatolási arányt tapasztalnak a nehézgépjárművek ütközésekor , szemben a TL-4 akadályok 5-10%-ával. A TL-3-ról TL-4-re való frissítés járulékos költsége 15-25 dollár lineáris méterenként – ez egy kis prémium az életmentő teljesítményért.

W-Beam vs. Thrie-Beam profil kiválasztása

Két korlátprofil uralja a globális közúti biztonságot: W-gerenda (12-es vagy 10-es, 310 mm-es szélesség, 80 mm-es mélység) és három gerenda (360 mm-es szélesség, 100 mm-es mélység, három hullámosítás). A W-beam alapfelszereltség a TL-3 alkalmazásokhoz, megfelelő elszigetelést biztosítva a személy- és kisteherautók számára . A Thrie-beam a TL-4 és TL-5 alkalmazásokhoz készült, 40%-kal nagyobb szelvénymodulust és 25%-kal nagyobb ütésállóságot kínál, mint a W-beam. A három gerenda a motorkerékpárok ütközéseinél is lényegesen jobban teljesít – a mélyebb hullámok csökkentik annak kockázatát, hogy a sín behatoljon a versenyző alsó testébe, ami a motorkerékpárok W-beam védőkorlátokkal való ütközésének 15-20%-ában fordul elő.

Anyagvastagság: A W-gerenda 12-es (2,66 mm) vagy 10-es (3,42 mm-es) kivitelben kapható. A 10-es W-gerenda 35-40%-kal nagyobb szakítószilárdságot biztosít, mint a 12-es gerenda , 20-25%-os költségprémiummal. Nagy sebességű autópályák esetén (kiírt sebesség > 105 km/h) adjon meg 10-es W-sugarat vagy háromsugarat, a tesztszinttől függetlenül. Kis sebességű vagy kis forgalmú utakon a 12-es W-sugár elfogadható. Minden védőkorlátnak meg kell felelnie az ASTM A653 előírásainak, legalább 610 g/m² (G210) bevonattömegű horganyzott acélra. A G210 alatti bevonat tömege 10-12 éven belül korróziós perforációt okoz parti vagy jégmentesítő sós környezetben.

Utóközök és dinamikus eltérítés

A védőkorlát oszloptávolsága határozza meg a rendszer dinamikus elhajlását – azt, hogy a sorompó milyen messzire mozdul el befelé ütközés közben, mielőtt a járművet átirányítaná. A TL-3 W-gerenda szabványos oszloptávolsága 1,9 m és 3,8 m között van, az elhajlás 0,8 m (1,9 m távolság) és 1,5 m (3,8 m távolság) között van. . Az elhajlás kritikus, mert a védőkorlát nem térhet ki a szomszédos veszélyforrásokba (fák, jelzőtáblák, közműoszlopok vagy szemközti sávok). A rögzített veszélyforrástól 1,2 m-re elhelyezett sorompó esetén 1,0 m vagy annál kisebb maximális lehajlást kell megadni, 2,5 m vagy annál szűkebb oszloptávolság szükséges. A 2,0 m-nél nagyobb távolságú sorompóknál a 3,8 m távolság elfogadható.

Hozzászólás beágyazásának mélysége: A C-szelvényű acéloszlopok (100 mm x 50 mm x 5 mm) tipikus talajba 1,1–1,2 méteres beágyazást igényelnek , az eredeti talajfelszíntől az oszlop csúcsáig mérve. A sekély beágyazás (0,9 m alatt) 50-60%-kal csökkenti az oldalirányú kapacitást, aminek következtében az oszlop túlzottan megdől az ütközés hatására, ami lehetővé teszi a jármű felülbírálását. Rossz talaj esetén (laza homok, puha agyag vagy magas vízszint) adjon meg betonfeltöltést vagy hosszabb oszlopokat (1,5-1,8 m beágyazás). Az utóvezetésnél legalább 12 ütésszámot kell elérni 300 mm-es beágyazásonként egy 450 kg-os, 1 m-re zuhanó kalapács segítségével – az alacsonyabb ütésszámok nem megfelelő talajsűrűséget jeleznek, és talajmentesítést igényelnek.

Elzárások: fa, műanyag vagy acél távtartók

A blokkolóelemek (a sín és az oszlop közé szerelt távtartók) három funkciót látnak el: eltolják a sínt, hogy megakadályozzák a kerekek beakadását, szabályozott energiaelnyelő csatlakozást biztosítanak, és védik a horganyzott bevonatot. A fa blokkok (kezelt sárga fenyő, 150 mm x 200 mm x 75 mm) a legelterjedtebbek, egyenként 8-12 dollárba kerülnek, és 80-100 kN nyírási ellenállást biztosítanak. . A fazárak ellenőrzött módon meghibásodnak az ütközés során, lehetővé téve a sín leválasztását az oszlopról, és az oszlopok mentén csúszva, meghosszabbítva az ütközési zónát. A műanyag blokkok (nagy sűrűségű polietilén) egyenként 15-20 dollárba kerülnek, de sós környezetben 2-3-szor tovább tartanak, mint a fa. Az acél blokkok (formázott lemezek) egyenként 20-25 dollárba kerülnek, és a legnagyobb szilárdságot biztosítják, de nagyobb ütési terhelést adnak át az oszlopra, növelve az utócserék arányát kisebb ütések után.

Jégtelenítő sós környezetben (északi éghajlat, hegyi hágók) kerülje a fazárakat. A fa 5-7 éven belül felszívja a sóval terhelt nedvességet és elkorhad, aminek következtében a csavarok kilazulnak, és 40-50%-kal csökkenti a védőkorlát szilárdságát . A sózónáknál minimális UV stabilizátor tartalmú műanyag blokkolást adjon meg. Sivatagi környezetben (alacsony páratartalom, magas UV-sugárzás) a fatömítések 8-10 év elteltével megrepednek és felhasadnak; műanyag vagy acél megadása. Minden blokkoláshoz 16 mm-es átmenő csavarok szükségesek, mindkét oldalon 50 mm-es négyzetes alátétekkel; az alulméretezett alátétek (40 mm átmérő alatti kerek alátétek) ütközés közben áthúzódnak a sínen, ami a védőkorlát meghibásodását okozza.

Terminálrészek: Végkezelések és ütközéspárnák

A védőkorlát vége veszélyt jelent, hacsak nincs megfelelően lezárva. A lezáratlan korlátvégek (tompák vagy lehorgonyozatlanok) a korláttal kapcsolatos halálesetek 30-40%-át okozzák jellemzően akkor, amikor egy jármű nekiütközik a szabad végnek, és a sín áthatol az utasteren. Minden terminális szakasznak MASH-teszttel ellátott végkezelésnek kell lennie. Két típusa dominál: a kiszélesedő energiaelnyelő terminálok (FLEAT vagy hasonló), amelyek szabályozott extrudálással lassítják a becsapódást a járművekre, és a lejtőn eltemetett terminálok, ahol a sín 15-20 méteren keresztül egy földtöltésbe szűkül.

A FLEAT terminálok végenként 1500-2500 dollárba kerülnek, és 10-15 méteres kiszélesedő sínvonalat igényelnek. Ütközéspárnák (átirányító vagy nem átirányító) szükségesek a középső korlátokhoz, ahol az ütközés bármelyik irányból történhet . Keskeny (10 m szélesség alatti) középső sávok esetén minden középső sorompófutam mindkét végén adjon meg egy TL-3 ütközési párnát. Az ütközőpárnák egyenként 3000-8000 dollárba kerülnek, de 60-80%-kal csökkentik az ütközés súlyosságát a tompa csatlakozókhoz képest. Alacsony sebességű utakon (<60 km/h) elfogadhatók az egyszerű véghorgonyok földelt végszakasszal, de évente ellenőrizni kell őket a töltések eróziója szempontjából, amely szabaddá teszi a síncsúcsot.

Hídátmenetek és megközelítési korlátok

A megközelítési védőkorlát és a hídsín közötti interfész az útsorompó rendszerek ismert gyenge pontja. A baleseti adatok azt mutatják, hogy a védőkorlát-áttörések 25-30%-a a hídsín-átmenetek 10 méteres körzetében történik a félmerev védőkorlát (rugalmas) és a merev hídsín (beton vagy acél) közötti merevség eltérése miatt. Egy megfelelő átmeneti szakasznak fokozatosan növelnie kell a rendszer merevségét 6-12 méter felett megerősített oszlopok, háromgerendás sín vagy egymásba ágyazott W-gerendák segítségével. Adja meg a híd tulajdonosa által jóváhagyott és töréstesztelt átmenet hardvert a megközelítési védőkorláttal azonos TL-szinten.

Kritikus dimenzió: a megközelítési védőkorlátnak függőlegesen és vízszintesen egy vonalban kell lennie a hídkorláttal az eltolástól számított 15 mm-en belül . A 25 mm-t meghaladó beállítási eltérés olyan akadozási pontot hoz létre, amely befogja a jármű kerekeit. Telepítés előtt mérje fel mind a megközelítési fokozatot, mind a hídsín magasságát; állítsa be a megközelítési védőkorlát oszlopok magasságát, és töltse ki a fokozatot szükség szerint. A telepítés után ellenőrizze az igazítást az átmeneten keresztben elhelyezett 3 m-es egyenes éllel; a 10 mm-t meghaladó hézagok alátétezést vagy újraszerelést igényelnek.

Tisztítsa meg a zóna távolságát és a védőkorlát elhelyezését

A tiszta zóna a megtett úton túli akadálymentes terület. Az AASHTO Green Book előírja, hogy a védőkorlátot a szabad zónahatáron kell elhelyezni – nem önkényesen az úttest közelében. 110 km/h sebességű, 2:1 oldallejtésű autópályán az ajánlott szabad zóna szélessége 7-10 méter . A védőkorlátnak a szabad zóna szélességénél közelebbi elhelyezése növeli a jármű ütközési gyakoriságát és súlyosságát. Ezzel szemben a védőkorlátnak a szabad zónán túli elhelyezése védtelenül hagyja a veszélyeket.

A megtett út szélétől a védőkorlát homlokzatáig mérve: a minimális eltolás 0,6 m, hogy lehetővé tegye a jármű felépülését a sorompó ütközése előtt, a maximális eltolás 2,5 m TL-3 sorompók esetén (2,5 méteren túl a korlát a tervezési határértékeket meghaladó szögben ütődhet be) . A 0,6 m alatti eltolások esetén (jellemzően a híd megközelítéseinél vagy a korlátozott városi folyosókon) adjon meg magasabb TL szintet (TL-3 helyett TL-4), hogy kompenzálja a meredekebb hatásos ütközési szöget. 2,5 m feletti eltolások esetén növelje az oszlopok távolságát, vagy vegye figyelembe, hogy nincs akadály, ha a szabad zóna nincs akadályozva.

Galvanizálási és korrózióvédelmi szabványok

Az útvédő korlátrendszer minden acél alkatrészét tűzihorganyzottnak kell lennie az ASTM A123 vagy A653 szabvány szerint. A védőkorlát minimális bevonattömege nem tengerparti környezetben 550 g/m² (G185), ami 25-30 évet biztosít az első korrózióig . Tengerparti környezetben (sós víztől 1,6 km-en belül) vagy erősen jégoldó sót alkalmazó területeken (évi sóhasználat > 10 tonna sáv-km-enként) adjon meg 700 g/m² (G235) bevonatot vagy duplex bevonatot (horganyzás plusz porfesték). A porbevonat lineáris méterenként 2-4 dollárt ad, de súlyos környezetben 40 évre növeli az élettartamot.

A horganyzott védőkorlát helyszíni vágása (pl. a sínek lerövidítése a helyszíni körülményekhez igazodva) károsítja a bevonatot a vágott éleknél. Minden vágott élt a vágást követő 24 órán belül hideg horganyzóanyaggal kell bevonni (minimum 95 tömegszázalék cinkpor). . A bevonat nélküli vágott élek az érintetlen horganyzás sebességének 5-10-szeresével korrodálódnak, ami 0,2-0,5 mm-es metszetveszteséget okoz sós környezetben. 5 éven belül a bevonat nélküli vágott él 3,4 mm-ről 2,0 mm alá csökkentheti a sín vastagságát, ami 40-50%-ot veszít ütőképességéből.

Karbantartás és ütközés utáni javítás

Az útvédő korlátrendszereket 6-12 havonta kell átvizsgálni, azonnali javítással minden olyan ütközés után, amely a sorompót károsítja. Gyakori javításra szoruló sérülések: a sín elhajlása meghaladja a 300 mm-t a tervezési igazítástól, az oszlop dőlésszöge meghaladja a 15 fokot a függőlegeshez képest, a sínkötések több mint 10 mm-rel vannak elválasztva, vagy bármely szabaddá vált vágott él, amely nem terepi bevonattal van ellátva . A TL-3 W-gerenda javítási költsége oszloponként átlagosan 150-250 dollár, 4 m-es sínszakaszonként pedig 80-120 dollár. Késleltetett javítási keverék: egyetlen sérült oszlop 30-40%-kal csökkenti a szomszédos oszlop kapacitását, így a következő ütközés 3-5-ször nagyobb valószínűséggel hatol át a korláton.

Ütés utáni csere protokoll: távolítson el és cseréljen ki minden olyan oszlopot, amelyen látható repedések láthatók, függőlegeshez képest 10 foknál nagyobb szögben hajlik, vagy kihúzódik (25 mm-es vagy nagyobb függőleges mozgás) . Ne próbálja meg kiegyenesíteni a hajlított oszlopokat – a hideg egyengetés 30-50%-kal csökkenti az acél szilárdságát a munkaedzés miatt. Sínszakaszoknál cseréljen ki minden olyan szakaszt, amelyen látható repedés, a csavar áthúzásából származó lyukak vagy az 50 mm-t meghaladó tartós beállt (képlékeny deformáció) láthatók. Kisebb horpadások vagy karcolások maradhatnak, amelyek nem perforálják a horganyzott bevonatot. Dokumentáljon minden javítást GPS-koordinátákkal és digitális fényképekkel a későbbi hivatkozás és a felelősség védelme érdekében.

Medián akadályok vs. út menti korlátok

A (szemközti forgalmi sávok közé telepített) középsorompók tervezési követelményei eltérőek, mint az út menti védőkorlátok. A középső korlátoknak mindkét irányból ütközésállónak kell lenniük, szimmetrikus vagy kétirányú kialakítást igényelnek . A szabványos W-gerenda védőkorlát nem kétirányú – a sínprofilnak van egy erős oldala (forgalommal szemben) és egy gyenge oldala. A W-gerenda hátrafelé történő beszerelése 60-70%-kal csökkenti az ütőképességet. A mediánokhoz adja meg a következőket: (a) háromgerenda szimmetrikus keresztmetszetű, (b) beton középső korlátok (jersey vagy F-alakú) TL-4 alkalmazásokhoz, vagy (c) kábel középső korlátok széles középsőkhöz (>15 m).

A kábelközépsorompók (három vagy négy acélkábel egymástól 500-700 mm-re) a legköltséghatékonyabb megoldás a nagy sebességű autópályák széles középvonalához. A kábelsorompók méterenként 30-50 dollárba kerülnek, míg beton vagy háromgerendás méterenként 100-150 dollár és kisebb az ütközés erőssége (kisebb lassulás) a tévedő járművek számára. A kábelsorompók azonban 8-10 méter munkaszélességet igényelnek, és nem alkalmasak 12 méternél kisebb mediánokhoz. Keskeny (4-10 m) középső szakaszon betonkorlátokra van szükség, hogy megakadályozzák a keresztirányú behatolást, ami a végzetes ellentétes irányú ütközések 40%-át teszi ki.

Speciális alkalmazások: hidak, átereszek és Rockfall

A hidak és átereszek egyedi védőkorlát-szerelési kihívásokat jelentenek, mivel az oszlopokat nem lehet áthajtani a szerkezeten. Hidaknál a védőkorlát oszlopokat 150-200 mm-re betonba ágyazott horgonycsavarokkal rögzítik a hídfedélzethez vagy mellvédhez . Minden oszlophoz négy darab 19 mm átmérőjű rögzítőcsavar szükséges epoxi fugázóval; a horgonycsavaronkénti szakítóképességnek meg kell haladnia a 25 kN-t. Azoknál az átereszeknél (amelyek az úttest alá vannak temetve), amelyek megakadályozzák az oszlopos behajtást, az áteresz mindkét oldalára 1,5 m mélységben betonalapozást kell megadni, a betonalapokra alaplemezekkel szerelt védőkorlát oszlopokkal.

A sziklaesés elleni védőterületeken védőkorlát-rendszerekre van szükség gyűjtőhálókkal vagy a korlát fölé szerelt függönyökkel a leeső sziklák visszatartására. A szabványos útvédő korlát minimális védelmet nyújt a sziklaomlással szemben – a 300 mm-nél nagyobb átmérőjű sziklák felülmúlják a sínt . Sziklaomlási zónákhoz (útvágások, kanyonos autópályák) 3-4 m magas oszlopokkal és a sín fölé nyúló kábelhálókkal határozzon meg sziklaomlási akadályokat (AASHTO MASH rockfall TL-3 vagy TL-4). Ezek a rendszerek lineáris méterenként 300-500 dollárba kerülnek, de megakadályozzák a katasztrofális sziklákkal kapcsolatos baleseteket, amelyek halálozási aránya 4-szer magasabb, mint a normál ROR összeomlásoknál.

Hosszanti szilárdság és sínillesztési kialakítás

A korlátrendszereknek fenn kell tartaniuk a hosszirányú szilárdságot a síncsatlakozásokon, hogy megakadályozzák a sín szétcipzárját (leválását) ütközés közben. A W-gerenda sínkötések négy csavart használnak (sínvégenként kettő) 125 mm-es toldólemezekkel átfedés 250 mm. Csavarnyomaték specifikáció: 80-100 Nm 16 mm-es horganyzott csavarokhoz; az alulnyomatékkal rendelkező csavarok (60 Nm alatt) lehetővé teszik a csuklócsúszást, ami 40-50%-kal csökkenti a hosszirányú szilárdságot, és ütközés közben a sínek átfedését okozza. A túlnyomott csavarok (120 Nm felett) lecsupaszíthatják a meneteket vagy deformálhatják a sínt, ami feszültségkoncentrációt eredményezhet.

Háromsugaras és TL-4 alkalmazásokhoz, a toldólemezeknek a sínhez illeszkedő háromgerenda profilúnak kell lenniük, nem pedig lapos lemezeknek . A háromgerendás lapos lemez toldások 35-40%-kal csökkentik a szilárdságot, és tönkrementek az ütközési teszteken. A sínszakaszokat lépcsőzetes toldásokkal kell lefektetni: két szomszédos oszlopon nem lehet hosszirányú toldás azonos helyen. A lépcsőzés megakadályozza, hogy a sín folytonos gyenge vonalat hozzon létre, amely kiszakadhat. A sínkötés maximális eltolása 1,5 m; az oszlop helyén (a toldás középvonala az oszlop középvonalától számított 300 mm-en belül) előforduló bármilyen toldás esetén a toldást meg kell erősíteni egy további 250 mm-es toldólemezzel.