Ποια είναι η λειτουργία ενός φράγματος σύγκρουσης ενώπιον των υποστυλωμάτων γεφυρών και πώς δοκιμάζεται;

Γιατί τα υποστυλώματα γεφυρών ανήκουν στα πιο επικίνδυνα σταθερά αντικείμενα στο οδικό δίκτυο

Οι υποστυλώσεις γεφυρών βρίσκονται ακριβώς στη διαδρομή οχημάτων που εκτρέπονται από το δρόμο σε ορισμένους από τους δρόμους με την υψηλότερη ταχύτητα στο δίκτυο υποδομών. Σε αντίθεση με ένα προστατευτικό κιγκλίδωμα που εκτείνεται παράλληλα με την κυκλοφορία, μία υποστύλωση αποτελεί κίνδυνο κατά μέτωπο σύγκρουσης—ένα είδος που μεταφέρει σχεδόν ολόκληρη την κινητική ενέργεια του οχήματος στην κατασκευή εντός ενός κλάσματος δευτερολέπτου. Οι στατιστικές θανατηφόρων ατυχημάτων επιβεβαιώνουν αυτό το γεγονός. Εθνικά δεδομένα δείχνουν ότι περίπου το 28% των θανατηφόρων ατυχημάτων σε δρόμους σχετίζεται με ατυχήματα εκτροπής από το δρόμο, ενώ τα ακίνητα αντικείμενα, όπως οι υποστυλώσεις γεφυρών, τα δέντρα και οι στύλοι ηλεκτρικής ενέργειας, είναι τα πιο συχνά αντικείμενα με τα οποία συγκρούονται τα οχήματα .

Η λειτουργία ενός φράγματος σύγκρουσης που τοποθετείται εμπρός από ένα γέφυρας είναι απλή στην ιδέα, αλλά εξαιρετικά απαιτητική στην εκτέλεση: να αποτρέψει το όχημα από το να πλησιάσει τον κολόνα της γέφυρας, ενώ ταυτόχρονα απορροφά αρκετή ενέργεια ώστε η επιβράδυνση των επιβατών να παραμείνει εντός επιβιώσιμων ορίων. Αυτό σημαίνει ότι το φράγμα πρέπει να λειτουργεί αξιόπιστα σε μια ευρεία ποικιλία γωνιών πρόσκρουσης, βαρών οχημάτων και ταχυτήτων — όλα αυτά εντός του περιορισμένου διαθέσιμου χώρου που συνήθως υπάρχει εμπρός από τον κολόνα.

Περιορισμός, Ανακατεύθυνση και Απόρροφηση Ενέργειας: Οι Τρεις Λειτουργίες

Ένα φράγμα προστασίας κολόνας έχει τρεις ξεχωριστές λειτουργίες που πρέπει να εκτελούνται διαδοχικά. Πρώτον, περιορισμός — το φράγμα πρέπει να σταματήσει φυσικά το όχημα ώστε να μην φτάσει στον κολόνα. Αυτό φαίνεται προφανές, αλλά είναι στην πραγματικότητα η πιο δύσκολη απαίτηση, επειδή το φράγμα δεν μπορεί να είναι απεριόριστα σκληρό. Αν είναι υπερβολικά σκληρό, το όχημα σταματά πολύ απότομα και οι επιβάτες υφίστανται θανατηφόρα επιβράδυνση. Αν είναι υπερβολικά εύκαμπτο, το όχημα διαπερνά το φράγμα.

Δεύτερον, ανακατεύθυνση μόλις το εμπόδιο συλλάβει τότε πρέπει να καθοδηγήσει το όχημα πίσω σε μια τροχιά που είναι περίπου παράλληλη με το οδόστρωμα. Η γωνία εξόδου έχει εξαιρετική σημασία. Τα κριτήρια δοκιμών σύγκρουσης απαιτούν συνήθως η γωνία εξόδου του οχήματος από το εμπόδιο να μην υπερβαίνει τις 12 μοίρες. Αν το κάνει, το όχημα μπορεί να διασχίσει στην αντίθετη κυκλοφορία ή να συγκρουστεί με άλλο εμπόδιο.

Τρίτο, τη διασπορά της ενέργειας το εμπόδιο απορροφά την κινητική ενέργεια μέσω ελεγχόμενης παραμόρφωσης—κάμψης, ρήξης και τριβής—ώστε το όχημα να επιβραδύνεται σε μεγαλύτερη απόσταση και χρόνο. Το κρίσιμο μέτρο εδώ είναι η μέγιστη επιβράδυνση που υφίστανται οι επιβάτες, όχι η συνολική απορροφηθείσα ενέργεια.

Δοκιμές σύγκρουσης πλήρους κλίμακας: Ο μοναδικός τρόπος να το γνωρίζεις

Οι προσομοιώσεις στον υπολογιστή και οι δοκιμές με μοντέλα σε μειωμένη κλίμακα μπορούν να σε βοηθήσουν εν μέρει, αλλά η μόνη αποδεκτή μέθοδος πιστοποίησης ενός εμποδίου για υποστηρίγματα γέφυρας είναι οι δοκιμές σύγκρουσης πλήρους κλίμακας. Τα δύο κυρίαρχα πρότυπα παγκοσμίως είναι το Manual for Assessing Safety Hardware (MASH) στη Βόρεια Αμερική και το EN 1317 στην Ευρώπη.

Το MASH καθορίζει τις συνθήκες δοκιμής που έχουν εξελιχθεί επί δεκαετίες με βάση πραγματικά δεδομένα συγκρούσεων. Μια τυπική δοκιμή για φράγμα προστασίας ακροπόλεως μπορεί να περιλαμβάνει φορτηγό pickup βάρους 2.000 kg που συγκρούεται με ταχύτητα 100 km/h υπό γωνία 25 μοιρών. Η εγκατάσταση δοκιμής πρέπει να περιλαμβάνει προσομοιωμένη θεμελίωση γέφυρας, επειδή η απόδοση του φράγματος αλλάζει σημαντικά ανάλογα με το αν είναι αγκυρωμένο σε έδαφος ή σε ακάμπτη σκυρόδετη κατασκευή. .

Το EN 1317 ακολουθεί παρόμοια προσέγγιση, αλλά με διαφορετικά οχήματα δοκιμής και διαφορετικές ταξινομήσεις επιπέδων περιορισμού. Ένα νέο σύστημα φράγματος πρέπει να υποβληθεί σε τουλάχιστον δύο δοκιμές σύγκρουσης: μία με ελαφρύ όχημα (συνήθως 900 kg) για την αξιολόγηση της σοβαρότητας της κρούσης στους επιβάτες και μία με βαρύ όχημα για τον προσδιορισμό της μέγιστης ενέργειας που μπορεί να απορροφήσει το σύστημα. .

Τι συμβαίνει κατά τη δοκιμή σύγκρουσης φράγματος στήριξης γέφυρας

Μια δοκιμή σύγκρουσης πλήρους κλίμακας για φράγμα στήριξης γέφυρας είναι μια ελεγχόμενη καταστροφή. Κάμερες υψηλής ταχύτητας, επιταχυνσιόμετρα τοποθετημένα στο όχημα και γαύσες παραμόρφωσης ενσωματωμένες στο φράγμα καταγράφουν δεδομένα με χιλιάδες καρέ ανά δευτερόλεπτο. Το όχημα καθοδηγείται στο σημείο σύγκρουσης με καλώδιο έλξης ή με σύστημα καθοδήγησης, και απελευθερώνεται λίγο πριν από τη σύγκρουση· στη συνέχεια, όλα συμβαίνουν σε περίπου 150 χιλιοστά του δευτερολέπτου.

Τα κριτήρια αξιολόγησης είναι ανελέητα. Το φράγμα πρέπει να κρατά και να ανακατευθύνει το όχημα με ελεγχόμενο τρόπο . Κανένα στοιχείο του συστήματος εμποδίου δεν επιτρέπεται να διαπεράσει την εσωτερική χώρα του οχήματος . Το κέντρο βάρους του οχήματος δεν πρέπει να διασχίσει τη μεσαία γραμμή του παραμορφωμένου συστήματος εμποδίου . Το όχημα δεν πρέπει να αναποδογυρίσει . Για δοκιμές βαρέων οχημάτων, δεν επιτρέπεται να αποκολληθεί περισσότερο από το 5% της μάζας του βάρους πριν το όχημα σταματήσει τελείως .

Μία σειρά δοκιμών που καταγράφηκε στη βιβλιογραφία ασφάλειας στις άκρες των οδών περιελάμβανε έναν Τερματικό Σειριακού Κάμψης MASH με πρότυπη W-beam προστατευτική κατασκευή AASHTO M180 12-gauge . Το συνολικό μήκος του συστήματος, συμπεριλαμβανομένης της προσέγγισης, του κρηπιδώματος, του τερματικού σημείου και του εμποδίου, ήταν πάνω από 300 πόδια . Το εμπόδιο πέρασε τη δοκιμή—αλλά μόνο μετά από πολλαπλές επαναλήψεις προσαρμογών του σχεδιασμού, βασισμένες στα όσα αποκάλυψαν οι κάμερες υψηλής ταχύτητας για τους τρόπους αποτυχίας.

Ο περιορισμός του «Εργασίμου Πλάτους» που αλλάζει τα πάντα

Οι υποστυλώματα γεφυρών βρίσκονται συνήθως σε περιορισμένους χώρους—συχνά ακριβώς δίπλα στις λωρίδες κυκλοφορίας με ελάχιστο πλάτος οδού ανάπαυσης. Αυτό σημαίνει ότι το φράγμα προστασίας του υποστυλώματος δεν μπορεί να παρεκκλίνει πολύ, πριν είτε συγκρουστεί με το ίδιο το υποστύλωμα είτε εισβάλει στη γειτονική λωρίδα κυκλοφορίας.

Εδώ είναι που η έννοια του EN 1317 για εργασιακό πλάτος το εργασιακό πλάτος γίνεται κρίσιμη. Το εργασιακό πλάτος είναι η μέγιστη απόσταση από την εμπρόσθια επιφάνεια του φράγματος πριν από τη σύγκρουση μέχρι τη μέγιστη παραμόρφωση των κύριων στοιχείων του μετά τη σύγκρουση με ένα βαρύ όχημα . Το πρότυπο ορίζει οκτώ κλάσεις εργασιακού πλάτους, από W1 (το πιο σκληρό, με την ελάχιστη παρέκκλιση) έως W8 (το πιο εύκαμπτο) .

Για ένα εμπόδιο προστασίας προβλήτας, μια χαμηλότερη κλάση εργασίμου πλάτους προτιμάται σχεδόν πάντα, επειδή απλώς δεν υπάρχει χώρος για μεγάλες παραμορφώσεις. Ωστόσο, ένα χαμηλότερο εργασίμου πλάτος συνήθως σημαίνει υψηλότερες δυνάμεις κρούσης που μεταδίδονται στους επιβάτες. Η μηχανική συμβιβαστική λύση είναι ακραία: αρκετά σκληρή για να παραμείνει εντός του διαθέσιμου χώρου, αλλά αρκετά μαλακή για να διατηρήσει την επιβράδυνση σε επιβιώσιμα επίπεδα. Γι’ αυτό τα εμπόδια προβλήτας χρησιμοποιούν συχνά υλικά απορρόφησης ενέργειας—μεταλλικά κελύφη γεμισμένα με αφρό, σπάσιμες κολόνες ή ειδικά προστατευτικά μαξιλάρια κρούσης—που καταστρέφονται σταδιακά για να διαχειριστούν το προφίλ της δύναμης.

Αυτό που τα Αναφορικά Δοκιμών Δεν Σας Λένε Πάντα

Ένα αναφορικό έγγραφο δοκιμής σύγκρουσης θα σας πληροφορήσει εάν μια φράγμα πέρασε ή απέτυχε σύμφωνα με τα κριτήρια του προτύπου. Αυτό που δεν θα σας πληροφορήσει είναι πώς λειτουργεί το φράγμα μετά από μια ελαφριά πλάγια σύγκρουση—του είδους που συμβαίνει δεκάδες φορές τον χρόνο σε πολυσύχναστους αυτοκινητόδρομους. Ορισμένα φράγματα που περνούν την πλήρη δοκιμή με εξαιρετικά αποτελέσματα καταστρέφονται σχεδόν ολοκληρωτικά από μια σύγκρουση χαμηλής ταχύτητας, απαιτώντας πλήρη αντικατάσταση. Άλλα αντιμετωπίζουν εύκολα τις ελαφριές συγκρούσεις και παραμένουν λειτουργικά.

Υπάρχει επίσης το ζήτημα της πρόσβασης για συντήρηση. Ένα φράγμα προστασίας που είναι δύσκολο να επιθεωρηθεί ή να επισκευαστεί αποτελεί μακροπρόθεσμο κίνδυνο, ανεξάρτητα από το πόσο καλά επέδειξε στη μοναδική του δοκιμή σύγκρουσης. Οι εμπειρογνώμονες προδιαγραφείς εξετάζουν το σύνολο του κύκλου ζωής—όχι μόνο την αρχική εγκατάσταση, αλλά και τις επιθεωρήσεις, τις επισκευές και την τελική αντικατάσταση—πέρα από τα πιστοποιητικά δοκιμής.

Στην πράξη, οι καλύτερες μπάρες προστασίας για υποστυλώματα γέφυρας είναι εκείνες που εξισορροπούν την απόδοση σε περίπτωση σύγκρουσης με την πρακτική δυνατότητα συντήρησης. Οι κατασκευαστές με εμπειρία σε βάθος τόσο στην κατασκευή προστατευτικών κιγκλιδωμάτων όσο και στην κατασκευή σκαλωσιών—όπως η STL Sun—γνωρίζουν ότι οι ίδιες αρχές ελεγχόμενης παραμόρφωσης και διαχείρισης ενέργειας ισχύουν είτε προστατεύετε ένα υποστύλωμα γέφυρας είτε υποστηρίζετε ένα βαρύ φορτίο κατασκευής. Οι δοκιμές μπορεί να είναι εντυπωσιακές, αλλά η πραγματική αξία βρίσκεται στις χιλιάδες ανενόχλητες ημέρες κατά τις οποίες η μπάρα απλώς βρίσκεται εκεί, εκτελώντας το καθήκον της χωρίς κανείς να το προσέξει.