【正文】 《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》 （JTG D812022） （以下簡稱 D81）均以車體 10ms 間隔平均加速度作為乘員安全評價指標(biāo)，而 F83 中規(guī)定有兩種途徑：其一是車體 10ms 間隔平均加速度。如我國 F83 中的 HPC 采用的是 36ms，歐洲標(biāo)準(zhǔn)中 ASI 取 50ms、PHD 取 10ms，美國標(biāo)準(zhǔn)中 ORA 取 10ms 等。而有些路段問題并沒有這樣嚴(yán)重，路側(cè)情況與中央分隔帶的情況存在不同。；而正面碰撞的形式多樣，較為接近的是車輛左、右側(cè)與 30 楔形塊的斜碰撞，按照護(hù)欄碰撞情況折算的碰撞角度是 60176。車輛與護(hù)欄碰撞試驗中，車輛在與護(hù)欄發(fā)生碰撞后，車體并不立即停下，而是在護(hù)欄的導(dǎo)向作用下，順著護(hù)欄方向繼續(xù)前行，逐步恢復(fù)到正常行駛方向上直至停止；在正面碰撞試驗中，車體直接因障礙壁等物體的阻擋而立即停止。我國《高速公路護(hù)欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》主要起草人于樹平和喬希永等研究人員曾通過實車試驗探討了護(hù)欄碰撞試驗乘員加速度傷害指標(biāo) ASI 和頭部損傷指標(biāo) HPC（其計算方式與 HIC 一致）的關(guān)系，實驗表明：當(dāng) ASI 為 時，假人頭部與側(cè)門發(fā)生了碰撞，其 HIC 值已超過 200，并得出結(jié)論：對于護(hù)欄的側(cè)面碰撞，HPC 值為 1000 的評判標(biāo)準(zhǔn)不適合用于護(hù)欄的評價 [30]。因?qū)嵻囋囼灲?jīng)費昂貴，獲取的數(shù)據(jù)量相對較少，無法十分精確地提取二者關(guān)系，但從少量的數(shù)據(jù)中，我們?nèi)钥梢钥闯觥秾嵻囌媾鲎渤藛T保護(hù)設(shè)計規(guī)則》 （CMVDR294）中，用乘員頭部性能指標(biāo) HPC 限值來評價車輛與護(hù)欄碰撞中乘員的損傷有點過于寬松，因此，在護(hù)欄碰撞安全評價中，假人頭部性能指標(biāo) HPC 由原來的 1000 降至 更為合適。良好的護(hù)欄結(jié)構(gòu)應(yīng)具備吸收碰撞能量和校正車輛運動軌跡的功能，以確保車輛和乘員的安全，降低事故的損傷程度。 騎跨事故分析車輛碰撞護(hù)欄時產(chǎn)生的騎跨運動主要受汽車保險杠下邊緣和護(hù)欄橫梁中心線高度差的影響，并和汽車運動情況有直接關(guān)系。與此同時，波形護(hù)欄板的波紋越深，車輛與護(hù)欄的接觸面積便越小，兩者之間的摩擦力也會越小，即車輛受到的縱向作用力減小了，有利于車輛運行軌跡的校正 [36][37]。在車輛與護(hù)欄碰撞過程中，車輛在水平面上所受到的作用力包括：與護(hù)欄的摩擦力、與地面的摩擦力，二者可分解為橫向作用力和縱向作用力，如圖 所示；護(hù)欄水平面所受作用力為：土壤的約束力、與車輛的摩擦力和車輛慣性引起的壓力，如圖 所示 [35]。圖 ASI 和 HPC 關(guān)系圖 Relationship between ASI and HPC決定系數(shù) R2 是判斷回歸模型擬合程度優(yōu)劣最常用的數(shù)量指標(biāo)。在正面碰撞試驗中，乘員與側(cè)窗發(fā)生碰撞的可能性極小。③碰撞對象不同。其中 W 是車體或護(hù)欄在碰撞過程中最外緣到護(hù)欄變形時最內(nèi)緣的最大動態(tài)距離，如下表所示。各國評價指標(biāo)見表 所示。236ms??b．胸部性能指標(biāo) THPC為胸部壓縮量，即胸部變形的絕對值。 z 分別為車輛重心處加速度 ax、a y、a z 三個分量的極限值，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定佩有安全帶的乘員所取的極限值分別為：20g、9g、10g（ g 為重力加速度，取 ） ；而 āx、ā y、 āz 分別為車輛重心處加速度 ax、a y、a z 三個分量任意時段的平均值，即：50ms?? ； ； 式（）x1atxd????y1atyd????z1tzd????b．理論頭部碰撞速度 THIV碰撞后頭部減速度 PHD 和理論頭部碰撞速度 THIV 的計算是基于“Flail Space Model（連枷空間模型） ”的假設(shè)，它的基本原理如圖 所示。a．乘員碰撞速度 OIV 式（）,0tXYxyVad???其中， ——乘員與汽車內(nèi)部碰撞時在 X，Y 方向上的速度；,XYV——試驗車輛在 X，Y 方向上的加速度；,xya ——車內(nèi)乘員因碰撞縱向位移 或橫向位移 所經(jīng)歷的時間中較*t小的一個，確定方法如下： 式（）2,0,txyadt???其中，X= ，為乘員縱向位移量；Y=，為乘員橫向位移量。) 車輛質(zhì)量 （kg）小轎車 100 20 1500大客車 80 20大貨車 60 2010000，14000，18000 護(hù)欄安全性能評價指標(biāo)高速公路護(hù)欄安全性能指標(biāo)主要包括以下幾個方面：①乘員安全評價指標(biāo)高速公路護(hù)欄安全性能評價最終將歸結(jié)于對乘員安全性的評價，只是采用了不同的評價方法：1）安裝假人情況時，在危及生命安全的假人身體關(guān)鍵部位添加相應(yīng)傳感器，獲取并計算得出如假人頭部性能指標(biāo) HPC、假人胸部性能指標(biāo) THPC 和假人腿部性能指標(biāo) FPC 等相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)未超過法規(guī)規(guī)定極限值即視為護(hù)欄安全性能良好。在我國高速公路上以雙波為代表的半剛性護(hù)欄應(yīng)用最為廣泛，與其碰撞的研究也較多。 各國護(hù)欄試驗方法及評價標(biāo)準(zhǔn)對比分析 各國護(hù)欄等級劃分及碰撞初始條件①美國護(hù)欄等級劃分及碰撞初始條件 [27]護(hù)欄的測試分為六個等級，每個等級對長護(hù)欄和過渡段均有嚴(yán)格的測試，包括不同車型、碰撞速度和碰撞角度，具體的安全護(hù)欄試驗評定等級及試驗方法見表 。該標(biāo)準(zhǔn)同時也被歐洲委員會 CEN（Committee European Normalization）訂為歐共體國家的通用標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)對 NCHRP Report 153 進(jìn)行了大量的修改，其適用范圍也進(jìn)一步擴大。我國的高速公路護(hù)欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)（JTG/T F83012022）則以歐盟的EN1317 和美國的 NCHRP350 為藍(lán)本，并結(jié)合我國實際情況編寫而成。由于這種方法具有成本低廉、方便快捷、可重復(fù)性好等優(yōu)點，現(xiàn)已成為實車碰撞的有力補充和重要參考。均勻設(shè)計(Uniform Design)是基于試驗點在整個試驗范圍內(nèi)均勻散布的從均勻性角度出發(fā)的一種試驗設(shè)計方法，它著重在試驗范圍內(nèi)考慮試驗點均勻散布以求通過最少的試驗來獲得最多的信息，適合于多因素多水平的試驗和系統(tǒng)模型完全未知的情況。車型微型化因車身變得更小更低而必將增加碰撞現(xiàn)有半剛性護(hù)欄時發(fā)生絆阻、鉆入護(hù)欄的可能性；車型巨型化因質(zhì)量更大、重心更高而提高碰撞現(xiàn)有半剛性護(hù)欄車輛騎跨或翻車甚至沖出護(hù)欄的風(fēng)險性。該結(jié)構(gòu)由于橫梁采用變截面形式，橫梁在搭接處結(jié)合緊密，使高強螺栓的性能得以充分發(fā)揮，橫梁在搭接處產(chǎn)生斷裂的可能性大為減小，從而保證了橫梁的連續(xù)作用，并使線形更加順適美觀，造價降低。交通部公路科學(xué)研究所從 1984 年開始對波形梁護(hù)欄進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，根據(jù)我國的護(hù)欄設(shè)計條件，提出了適合我國國情的護(hù)欄結(jié)構(gòu)形式。圖 波形護(hù)欄衍生結(jié)構(gòu) Derivative structure of waveform guardrail②護(hù)欄板高度研究以雙波半剛性護(hù)欄為例，護(hù)欄主要有護(hù)欄板、防阻塊、立柱等基本構(gòu)件組成。新型防撞護(hù)欄結(jié)構(gòu)形式的研究、防撞護(hù)欄材料的選用及防撞護(hù)欄安全性能評價仍然是當(dāng)今交通界的研究熱點，其中以下兩點的研究尤為活躍：①防撞護(hù)欄結(jié)構(gòu)形式研究按照在公路中的縱向設(shè)置位置，護(hù)欄可分為路基護(hù)欄和橋梁護(hù)欄；按其在公路中的橫向設(shè)置位置，可分為路側(cè)護(hù)欄和中央分隔帶護(hù)欄；根據(jù)碰撞后的變形程度，護(hù)欄可分為剛性護(hù)欄、半剛性護(hù)欄和柔性護(hù)欄，其主要代表型式分別為混凝土護(hù)欄、波形護(hù)欄和纜索護(hù)欄 [10]。圖 為汽車與護(hù)欄碰撞事故。表 20222022 年世界部分國家萬車死亡率統(tǒng)計表 [3] Statics of mortality per 10000 vehicles in some countries by the year: 20222022國 別 2022 年 2022 年 2022 年 2022 年 2022 年 2022 年 2022 年德國 西班牙 法國 意大利 荷蘭 英國 美國 日本 韓國 中國 據(jù)統(tǒng)計，自 2022 年以來，道路交通事故四項指標(biāo)（即事故次數(shù)、死亡人數(shù)、受傷人數(shù)和直接財產(chǎn)損失）基本均以先升高再降低態(tài)勢進(jìn)行轉(zhuǎn)化。本文的研究成果對我國護(hù)欄碰撞安全標(biāo)準(zhǔn)中乘員頭部損傷評價具有一定的參考價值，為雙條半剛性護(hù)欄及其衍生護(hù)欄結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步研究和應(yīng)用提供理論依據(jù)，具有重要的工程實用價值。本人授權(quán)重慶交通大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。因此，分析汽車與高速公路護(hù)欄碰撞事故機理，研究新型防撞護(hù)欄提高護(hù)欄的防護(hù)性能具有非?，F(xiàn)實而重大的意義。近年來，隨著各國汽車安全性能研究的不斷深入，道路交通事故呈現(xiàn)出下降趨勢。不難發(fā)現(xiàn)，在高速公路上發(fā)生交通事故造成的人員傷亡在數(shù)量上和所占比例均為強勁的上升趨勢，直接財產(chǎn)損失自 2022 年之后雖出現(xiàn)下降態(tài)勢，但其占總數(shù)比例仍為上升態(tài)勢。在歐洲，如法國、意大利、德國等在上個世紀(jì)六七十年代相繼開展了有關(guān)防撞護(hù)欄方面的研究工作，從理論和實驗上研究了不同結(jié)構(gòu)形式的護(hù)欄，建立、健全了相應(yīng)的實驗設(shè)施及實驗規(guī)程。M. Borovin?k 等學(xué)者 [14]討論了三種波形護(hù)欄衍生結(jié)構(gòu)的防撞性能，如圖 所示。Marzougui, D.[18]等則以碰撞車輛保險杠高度的角度出發(fā)考慮相應(yīng)的護(hù)欄板高度。據(jù)此擬定了“波形梁護(hù)欄實車碰撞試驗方案” 。 研究目的及意義雖然我國的防撞護(hù)欄在研究和實踐上取得了一定的進(jìn)步，但整體上與國外相比還是存在一定的差距。②雙條半剛性護(hù)欄結(jié)構(gòu)形式研究及參數(shù)確定。目前，汽車與護(hù)欄碰撞的研究方法主要有三種：實車足尺碰撞試驗法、縮尺模型試驗法和計算機仿真法。第二章 防撞護(hù)欄試驗方法及安全評價標(biāo)準(zhǔn)分析隨著世界各國高速公路的不斷發(fā)展，防撞護(hù)欄對交通安全起到了至關(guān)重要的作用。這個只有 16 頁的研究報告結(jié)合了美國 70 多家研究機構(gòu)及個人的研究成果。 歐盟 EN13172 概況英國安全護(hù)欄碰撞試驗及評價標(biāo)準(zhǔn) BS 6779 是 1987 年 8 月第一次頒布的，后來分別在 1990 年、1992 年及 1998 年進(jìn)行了修訂。 我國 JTG/T F83012022 概況我國有關(guān)高速公路護(hù)欄安全評估始于《高速公路交通安全設(shè)施設(shè)計及施工技術(shù)規(guī)范》 （JTJ07494） ，該規(guī)范對高速公路其他交通安全設(shè)施也進(jìn)行了研究。由于不同的車型、不同的護(hù)欄約束等級等，汽車碰撞護(hù)欄的初始條件也有所差別，具體如表 所示，所用測試車輛如圖 所示。車輛質(zhì)量分別為 1500kg、10000kg。③護(hù)欄防撞性能評價指標(biāo)1）護(hù)欄最大動態(tài)變形量：為了避免車輛翻出路外，結(jié)合道路周邊環(huán)境，護(hù)欄的最大動態(tài)變形量不能超過法規(guī)規(guī)定值。其計算公式為： 式（）????1/222xyz???ASI(t)=a//a???????式中：226。雖然各標(biāo)準(zhǔn)的評價指標(biāo)均有車體 10ms 間隔平均加速度，但作為評價基準(zhǔn)的指標(biāo)取值方向（縱向、橫向、豎直方向的單向值還是合成值）都各不相同；其二是采用我國《實車正面碰撞乘員保護(hù)設(shè)計規(guī)則》 （CMVD294）中的假人傷害指標(biāo)。b．各評價標(biāo)準(zhǔn)中采用車體加速度作為乘員損傷評價指標(biāo)的，加速度取值方向存在不同。因此根據(jù)不同路段、不同形式、不同材料的護(hù)欄，規(guī)定不同的護(hù)欄最大動態(tài)變形量是很有必要的，可以在保證安全的前提下有效地降低成本。二者的碰撞角度相差較大。⑤乘員運動形態(tài)不同。Shojaati，Bmst 等人 [34]通過九次實車碰撞試驗，研究了 ASI 和 HIC 的關(guān)系。 本章小結(jié)本章簡要地介紹了各國防撞護(hù)欄試驗方法及安全評價標(biāo)準(zhǔn)；概括和分析了國內(nèi)外護(hù)欄安全性能主要評價指；最后認(rèn)為將我國《高速公路護(hù)欄安全性能評價標(biāo)準(zhǔn)》中乘員安全評價指標(biāo)之乘員頭部性能指標(biāo)值由 1000 降至 更為合適。對于護(hù)欄，波形護(hù)欄板、防阻塊、立柱各部件一起承受來自車輛的碰撞力和土壤的約束力，以吸收絕大部分的碰撞能量。由文獻(xiàn) [2]得知，車輛的保險杠高度是確定護(hù)欄設(shè)置高度的一個關(guān)鍵控制因素，充分考慮這一因素后，就不大可能發(fā)生越出護(hù)欄的事故。護(hù)欄結(jié)構(gòu)中最為重要的組成部分是波形護(hù)欄板，它的波紋越深，斷面的可變形量越大，吸收能量越多。護(hù)欄的結(jié)構(gòu)形式、材料、護(hù)欄板與立柱的連接、車輛與護(hù)欄板之間的摩擦等諸多因素對事故車輛的碰撞行為均有顯著的影響。 式（） ASIHPCee???????式中，ASI——乘員加速度傷害指標(biāo)；HPC——乘員頭部性能指標(biāo)。若車輛的碰撞速度高，則與護(hù)欄碰撞較為劇烈，乘員頭部還有可能與側(cè)面窗戶等物件發(fā)生碰撞，增加了乘員的損傷風(fēng)險性。正面碰撞法規(guī)中車輛的碰撞速度為 50km/h 左右，而在汽車與護(hù)欄碰撞規(guī)范中，以小轎車為例，碰撞速度高達(dá) 100km/h。歐洲包含兩個評價指標(biāo)：①護(hù)欄最大變形 D 和② 響應(yīng)寬度 W，如下圖所示。②車輛安全性能評價指標(biāo)本指標(biāo)目的是當(dāng)車輛與護(hù)欄發(fā)生碰撞后，防止因護(hù)欄的彈性變形和車輛自身的慣性等因素，使得車輛駛離本車道與相鄰車道來往的車輛發(fā)生二次碰撞事故。a．頭部綜合性能指標(biāo) HPC≤1000 式（）??21.521tHPCtad?????????式中， ——假人頭部中心的合成加速度；a ——碰撞中從初始接觸到最后接觸過程中的任意兩個時刻，12,t。 y、226。 評價指標(biāo)對比分析①乘員安全評價指標(biāo)1）美國護(hù)欄安全評價標(biāo)準(zhǔn)中乘員安全評價指標(biāo) [26] [27]在美國護(hù)欄安全評