Каква е функцията на бариерата за удари пред опорите на мостове и как се извършва нейното тестване?

Защо пилоните на мостовете са сред най-опасните неподвижни обекти по пътищата

Опорите на мостовете се намират точно по пътя на излезлите от пътя превозни средства в някои от най-бързите пътища в инфраструктурната мрежа. За разлика от бариерата, която е успоредна на движението, опората представлява опасност от челен удар — такъв, при който почти цялата кинетична енергия на превозното средство се предава на конструкцията за част от секундата. Статистиката за смъртност потвърждава това. Данните за цялата страна показват, че около 28 % от смъртните случаи на пътищата са свързани с излизане от пътя, а неподвижните обекти като опори на мостове, дървета и стълбове на електрическите мрежи са най-често срещаните удари. .

Функцията на бариерата за предотвратяване на сблъсък, поставена пред опората на мост, е проста по концепция, но изключително изискваща при изпълнение: отклоняване на превозното средство далеч от опората, докато се разсейва достатъчно енергия, за да се запази забавянето на пасажерите в пределите на оцеляване. Това означава, че бариерата трябва да работи надеждно при широк спектър от ъгли на удар, тегла на превозни средства и скорости — всичко това при ограничено пространство, което обикновено съществува пред опората.

Удържане, отклоняване и разсейване на енергия: трите задачи

Бариерата за защита на опората има три отделни функции, които трябва да се изпълняват последователно. Първо, съдържание — бариерата трябва физически да спре превозното средство от достигане до опората. Това звучи очевидно, но всъщност е най-трудното изискване, защото бариерата не може да е безкрайно твърда. Ако е прекалено жестока, превозното средство спира твърде рязко и пасажерите изпитват фатално забавяне. Ако е прекалено гъвкава, превозното средство пробива през нея.

Второ, отклоняване след като бариерата улови превозното средство, тя трябва да го насочи обратно по траектория, приблизително успоредна на пътя. Изходният ъгъл има изключително голямо значение. Критериите за краш-тестове обикновено изискват изходният ъгъл на превозното средство от бариерата да не надвишава 12 градуса. Ако се надвиши тази стойност, превозното средство може да влезе в насрещното движение или да удари друго препятствие.

Трето, дисипация на енергия бариерата абсорбира кинетичната енергия чрез контролирана деформация — огъване, разкъсване и триене — така че превозното средство да забави скоростта си на по-дълго разстояние и за по-дълго време. Ключовият показател тук е максималното забавяне, което изпитват пасажерите, а не общата абсорбирана енергия.

Краш-тестове в пълен мащаб: Единственият начин да се установи това

Компютърните симулации и тестовете с мащабни модели могат да ви отведат частично до решението, но единственият приет метод за сертифициране на бариера за мостова опора е краш-тест в пълен мащаб. Двете доминиращи стандарта по света са Ръководството за оценка на безопасните устройства (MASH) в Северна Америка и EN 1317 в Европа.

MASH определя тестовите условия, които са еволюирали в продължение на десетилетия въз основа на реални данни от сблъсъци. Типичен тест за бариера за защита на пирс може да включва пикап с маса 2000 кг, който се удари със скорост 100 км/ч под ъгъл 25 градуса. Монтажът за теста трябва да включва имитация на основата на мостовата конструкция, тъй като ефективността на барьерата се променя значително в зависимост от това дали е закрепена към почва или към твърда бетонна конструкция. .

EN 1317 използва подобен подход, но с различни тестови превозни средства и класификации на нивата на задържане. Новата система за бариери трябва да бъде подложена на поне два краш-теста: един с леко превозно средство (обикновено 900 кг) за оценка на тежестта на удара върху пътниците и един с тежко превозно средство за определяне на максималната енергия, която системата може да абсорбира. .

Какво се случва по време на краш-тест на бариера за мостова опора

Пълномащабният краш-тест на бариера за мостова опора е контролирана демолиция. Високоскоростни камери, акселерометри, монтирани на автомобила, и тензометрични датчици, вградени в бариерата, записват данни с хиляди кадри в секунда. Автомобилът се насочва към точката на удар чрез буксирно въже или система за насочване, пуска се точно преди удара и след това всичко протича за около 150 милисекунди.

Критериите за оценка са безмилостни. Бариерата трябва да задържи и да насочи превозното средство по контролиран начин . Нито един компонент от системата на бариерата не може да проникне в кабината на превозното средство . Центърът на тежестта на превозното средство не трябва да преминава централната ос на деформираната система на бариерата . Превозното средство не трябва да се преобърне . При изпитанията на тежки превозни средства не повече от 5 % от масата на баласта може да се отдели, преди превозното средство да спре напълно .

Една серия изпитания, документирани в литературата за безопасност край пътя, включваше MASH Sequential Kinking Terminal с 12-калибровен стандартен W-образен защитен релс AASHTO M180 . Общата дължина на системата, включваща входния наклон, бордюр, терминал и бариера, надвишаваше 300 фута . Бариерата издържа — но само след множество итерации на конструктивни корекции, базирани на това, което високоскоростните камери разкриха за начините на повреда.

Ограничението „Работна ширина“, което променя всичко

Опорите на мостовете обикновено се намират в стеснени пространства — често точно до движителните ленти с минимална ширина на рампата. Това означава, че бариерата за защита на опората не може да се отклони на значително разстояние, преди да удари самата опора или да навлезе в съседната движителна лента.

Тук концепцията за рабоча ширина работна ширина според EN 1317 придобива критично значение. Работната ширина е максималното разстояние от предната повърхност на бариерата преди удара до най-далечната деформация на основните ѝ компоненти след удар от тежко превозно средство . Стандартът определя осем класа работна ширина, от W1 (най-стабилната, с най-малко отклонение) до W8 (най-еластичната) .

За бариера за защита на кей, по-ниският клас работна ширина почти винаги се предпочита, тъй като просто няма място за големи отклонения. Но по-ниската работна ширина обикновено означава по-високи ударни сили, предавани на пътниците. Инженерната компромисна ситуация е изключително трудна: достатъчно твърда, за да се побере в наличното пространство, но достатъчно мека, за да запази забавянето в границите на оцеляването. Затова барьерите за кей често използват материали, които поглъщат енергия — стоманени обвивки, пълнени с пяна, крехки стойки или патентовани удари-поглъщащи възглавници, които се разрушават постепенно, за да управляват профила на силата.

Това, което тестовите доклади не винаги ви казват

Докладът от кръш-тест ще ви каже дали бариерата е преминала или не е преминала според критериите на стандарта. Това, което няма да ви каже, е как се държи бариерата след лек удар отстрани — такъв, който се случва десетки пъти годишно по натоварените магистрали. Някои бариери, които успешно изпълняват изискванията при пълномащабния тест, практически се разрушават при удар с ниска скорост отстрани и изискват пълна замяна. Други издържат леките удари без проблем и продължават да функционират нормално.

Съществува и въпросът за достъпа за поддръжка. Бариера за пирс, която е трудно достъпна за инспекция или ремонт, става дългосрочен риск, независимо от това колко добре е изпълнила изискванията при единствения си кръш-тест. Опитните спецификации надхвърлят сертификатите от тестовете и вземат предвид цялата жизнена цикълна стойност — не само първоначалната инсталация, но и инспекциите, ремонтирането и крайната замяна.

На практика най-добрите бариери за защита на пирсове са тези, които постигат баланс между ударната устойчивост и практическата поддръжка. Производителите с дълбок опит както в производството на оградни системи, така и в производството на строителни скелета – като STL Sun – разбират, че същите принципи на контролирана деформация и управление на енергията се прилагат както при защита на мостови пилони, така и при поддържане на тежки строителни натоварвания. Изпитанията може да изглеждат впечатляващи, но истинската стойност се крие в хилядите спокойни дни, когато бариерата просто стои на мястото си и изпълнява задачата си, без никой да я забелязва.