交通安全设施设计概述PPT(共 124张)

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。不同国家路侧安全距离标准二级公路一级公路高速公路4.5米4.5米中国2.0米10米瑞士4.5米英国10米荷兰10米法国（高速公路）3.5米比利时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SI＝4.2排水沟SI＝3.8标志柱SI＝4.6桥墩/桥台SI＝4.5电线杆SI＝4.8树木SI＝5.3桥梁端头SI＝3.9护栏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：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、行驶速度和车辆在车道上的位置有关。国外主要通过事故现场调查或野外观测获得车辆越出路外的角度来确定，一般情况下，规定货车的碰撞角为15°（法国规定小汽车的碰撞角为20～30°）。根据国外资料，并结合我国高速公路对车辆行驶的规定和横断面布设特点，规定小汽车的碰撞角为20，卡车的碰撞角为15～20°规定我国护栏的碰撞角度为20°。●2、碰撞速度●碰撞速度主要取决于运行速度，另外碰撞时驾驶员采取的制动措施、制动距离和路面状况也会影响车辆的碰撞速度，一般取运行速度的0.8倍作为碰撞速度。参考此原则，结合我国不同设计速度公路上的碰撞速度调查结果，确定了我国公路护栏碰撞速度的取值标准。●3、护栏的防撞等级●护栏最基本的功能是阻止车辆越出路外或闯入对向车道，因此它应具有相当大的力学强度来抵抗车辆的冲撞。衡量护栏防撞性能的重要指标是防撞等级，一般根据护栏所能承受的碰撞能量的大小来划分。●公路路侧护栏可分为B、A、SB、SA、SS五个级别；公路中央分隔带护栏可分为Am、SBm、SAm三个级别。B、A(Am)、SB(SBm)、SA（SAm)、SS级护栏能承受的碰撞能量依次增大，防撞等级高则适用于危险性较大需加强防护的路段。●4、碰撞车辆质量●在确定碰撞车辆质量的过程中，有如下考虑：●①小客车主要用于评价发生碰撞时乘员所承受的加速度值，以验证乘员的安全性。从理论上分析，小客车的质量越小，其加速度值越大，对乘员安全性影响也越大，所以选用1．5t小客车作为评价最大加速度的碰撞车型，是偏于安全的。●②从高速公路和国家干线公路交通量统计分析结果可以看出，80％左右的车辆是10t以下的中型车辆(包含小型车)，考虑与旧规范的延续性，仍选用10t的中型车辆作为碰撞条件之一。●③大型车辆的碰撞条件分别选择14t的大货车(延续旧标准)和18t的大客车，确保特大桥和路侧特别危险路段的护栏能防止大客车越出，减少重大恶性交通事故发生。●④大货(客)车碰撞试验着重验证护栏应有不被冲破的强度。●5、碰撞加速度●国外交通事故研究成果表明，在碰撞事故中造成乘客伤害的主要原因是车辆获得的加、减速度，且伤害程度与加、减速度的大小成正比。为保护乘客免受伤害或减轻伤害程度，车辆冲撞护栏后不应产生过大的加、减速度，这就要求护栏的刚度不能过大，护栏的刚柔程度就是以车辆碰撞护栏时产生的加、减速度的大小来衡量的。●根据我国具体的道路条件及交通管制状况，设计护栏时，以小客车作为发生碰撞时乘员承受加、减速度值的评价车型，车辆的加、减速度控制在200m/s2以下。●6、设计荷载●桥梁护栏在结构设计时，对其受力构件应进行强度计算和检验。设计荷载包括车辆的碰撞力、风载、人群荷载及护栏的结构重力等。一般情况下，主要受力构件在进行强度计算时，仅考虑车辆的碰撞力，不考虑风载和人群荷载；而辅助构件其强度计算则仅考虑风载和人群荷载，而不考虑车辆碰撞力的作用。●①碰撞力及其分布。●②风载、人群荷载及护栏的结构重力。作用在桥梁护栏上的风载、人群荷载及桥梁护栏的结构重力等荷载，可按现行《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60——2004)的有关规定确定。车辆碰撞荷载、风载、人群荷载应分别进行荷载验算，而不必进行荷载组合。路基段路侧护栏设计条件防撞等级适用范围设计条件车辆碰撞速度（km/h）车辆的质量（t）碰撞角度(。)车辆加速度(g)最大冲入距离(m)立柱埋入土中立柱埋入混凝土中A高速公路/一级公路601015小于4小于1.2小于0.3S路侧特别危险需要加强保护的路段80路基段中央分隔带护栏设计条件防撞等级适用范围设计条件车辆碰撞速度（km/h）车辆的质量（t）碰撞角度(。)车辆加速度(g)最大冲入距离(m)立柱埋入土中立柱埋入混凝土中Am高速公路/一级公路601015小于4小于1.2小于0.3Sm中间带内有重要构造物需要加强保护的路段80护栏防撞等级与碰撞条件其它见P11表2.1520151880≤200201.5100路侧特别危险需要加强保护的路段SS70151060≤200201.5100高速公路/一级公路A(Am)碰撞能量/KJ碰撞加速度/(m.s-2)碰撞角度(。)车辆的质量（t）车辆碰撞速度（km/h）适用范围碰撞条件防撞等级桥梁护栏设计条件Z=0.3~0.6(m)Z=0(m)1510.050280~2303601514.080桥外特别危险需要重点保护的特大桥SS160~1252001510.070高速公路、汽车专用一级公路SA85~70120202.080一般公路跨越高速公路、汽车专用一级公路SB路侧、中央分隔带碰撞力(KN)碰撞角度(o)车辆质量(t)车辆碰撞速度(km/h)设计条件适用范围防撞等级设置地点从护栏的功能要求可以看出：安全护栏设计的要旨，就是找出护栏刚度与柔度的调和点。应结合本国的道路交通条件，在满足护栏基本功能的前提下，决定设计目标的侧重点。五、护栏形式选择　●1、路基护栏形式的选择　●①护栏的性能选择：护栏功能分析是前提●②护栏的安全性选择；●③护栏的美感及其对驾驶员的心理影响；●④结合气象条件的选择；　●⑤经济性的考虑。总之，应针对具体情况，综合比较各种护栏的性能，结合经济合理、安全可靠、美观大方等要求来进行选择。各种护栏适用地点○☆○砼护栏○○☆○○箱梁护栏☆○○长直线路段☆估计有不均匀沉降的路段☆○○冬天积雪处☆需要视线诱导的地方○☆缆索护栏○○○管梁护栏○○○☆波形梁护栏需要耐腐蚀的地方窄中央分隔带要求美观的地方小半径弯道设置地点护栏形式☆为最好的护栏形式；○为一般的护栏形式●缆索护栏最为合适的地方是有不均匀下沉的路段、有积雪的路段、有美观要求的路段和长直线路段。波形梁护栏可以满足七种场所的使用需要，从总体看，波形梁护栏有很大的适用性。从国外公路上实际应用的护栏形式来看，波形梁护栏和缆索护栏占绝对优势，美国和日　本缆索护栏所占比重较大，西欧国家以波形梁护栏为主，混凝土护栏所占比重很小。从我国高速公路上使用护栏的情况看，占绝对优势的也是波形梁护栏。2桥梁护栏形式选择优先考虑防撞等级(PL)，再考虑构造形式。无人行道的特大桥，上跨另一条高等级道路SAm;高等级道路上的桥梁，二级、三级公路上跨高等级公路SBm;有人行道的分界（防止二次事故、跨越江河等大于100m）SBm等；形式选择：美观、协调桥梁高度(≥10m)、跨越水域面积—钢筋砼或组合式桥梁形式气候条件尽量减轻自重全线尽量一致碰撞能量E与碰撞等级PL的关系：B:0注意事项

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