Jaką funkcję pełni bariera uderzeniowa przed filarami mostu i jak jest testowana?

Dlaczego słupy mostowe należą do najbardziej niebezpiecznych stałych obiektów na drodze

Podpory mostów znajdują się bezpośrednio na trasie pojazdów poruszających się poza jezdnią na niektórych z najbardziej intensywnie ruchliwych dróg w sieci infrastrukturalnej. W przeciwieństwie do barier ochronnych biegnących równolegle do ruchu, podpora stanowi zagrożenie uderzenia czołowego – takiego, które przekazuje niemal całą energię kinetyczną pojazdu do konstrukcji w ułamku sekundy. Dane dotyczące śmiertelności potwierdzają to stwierdzenie. Dane krajowe wskazują, że około 28% śmiertelnych wypadków drogowych dotyczy wypadków poza jezdnią, a nieruchome obiekty, takie jak podpory mostów, drzewa i słupy energetyczne, są najczęściej uderzanymi elementami. .

Funkcja barier ochronnych umieszczonych przed filarem mostu jest prosta w założeniu, ale niezwykle wymagająca w realizacji: odwrócenie kierunku jazdy pojazdu z dala od filaru przy jednoczesnym rozproszeniu wystarczającej ilości energii, aby ograniczyć opóźnienie pasażerów do wartości pozwalających na przeżycie. Oznacza to, że bariera musi działać niezawodnie przy szerokim zakresie kątów uderzenia, mas pojazdów oraz prędkości – wszystko to przy jednoczesnym dopasowaniu się do ograniczonej przestrzeni, która zwykle znajduje się przed filarem.

Zatrzymanie, odwrócenie kierunku jazdy i rozproszenie energii: trzy główne zadania

Bariery ochronne dla filarów pełnią trzy oddzielne funkcje, które muszą działać sekwencyjnie. Po pierwsze, zawieranie — bariera musi fizycznie zapobiec dotarciu pojazdu do filaru. Brzmi to oczywiste, ale jest to najtrudniejsze wymaganie, ponieważ bariera nie może być nieskończenie sztywna. Gdyby była zbyt sztywna, pojazd zatrzymałby się zbyt gwałtownie, a pasażerowie doświadczyliby śmiertelnego opóźnienia. Gdyby była zbyt elastyczna, pojazd przebiłby ją.

Drugi, odwrócenie kierunku jazdy gdy bariera przechwytuje pojazd, musi go przewieść z powrotem na tor ruchu w przybliżeniu równoległy do drogi. Kąt wyjścia ma ogromne znaczenie. W kryteriach badań zderzeniowych zwykle wymaga się, aby kąt wyjścia pojazdu z bariery nie przekraczał 12 stopni. Przekroczenie tego limitu może spowodować, że pojazd wpadnie do ruchu przeciwnego lub uderzy w inną przeszkodę.

Trzecie, dysypacja energii bariera pochłania energię kinetyczną poprzez kontrolowaną deformację – gięcie, rozrywanie i tarcie – dzięki czemu pojazd zwalnia na dłuższym odcinku drogi i w dłuższym czasie. Kluczowym wskaźnikiem jest tutaj maksymalne opóźnienie doznawane przez pasażerów, a nie całkowita pochłonięta energia.

Badania zderzeniowe w skali rzeczywistej: jedyna metoda pozwalająca uzyskać pewne informacje

Symulacje komputerowe i testy na modelach w skali pomniejszonej mogą pomóc częściowo, ale jedyną uznawaną metodą certyfikacji barier przy słupach mostowych są badania zderzeniowe w skali rzeczywistej. Dwa dominujące standardy na świecie to Manual for Assessing Safety Hardware (MASH) w Ameryce Północnej oraz EN 1317 w Europie.

MASH określa warunki testów, które ewoluowały przez dziesięciolecia na podstawie rzeczywistych danych z wypadków. Typowy test barier ochronnych dla filarów mostowych może obejmować uderzenie pojazdu typu pickup o masie 2000 kg z prędkością 100 km/h pod kątem 25 stopni. Instalacja testowa musi zawierać symulowaną podstawę płytą przejazdową mostu, ponieważ wydajność bariery zmienia się znacznie w zależności od tego, czy jest zakotwiczona w gruncie, czy w sztywnej konstrukcji betonowej .

Norma EN 1317 stosuje podobne podejście, lecz z innymi pojazdami testowymi oraz innymi klasyfikacjami poziomów zatrzymywania. Nowy system barier wymaga przeprowadzenia co najmniej dwóch testów zderzeniowych: jeden z pojazdem lekkim (zwykle o masie 900 kg), aby ocenić ciężkość uderzenia dla pasażerów, oraz drugi z pojazdem ciężkim, aby określić maksymalną energię, jaką system może pochłonąć .

Co dzieje się podczas badania zderzeniowego barier przy słupach mostowych

Badanie zderzeniowe w skali rzeczywistej barier przy słupach mostowych to kontrolowana demolicja. Wysokoprędkościowe kamery, akcelerometry zamontowane na pojeździe oraz czujniki odkształceń wbudowane w barierę rejestrują dane z częstotliwością kilku tysięcy klatek na sekundę. Pojazd jest kierowany do punktu uderzenia za pomocą linki holującej lub systemu kierowania i zwalniany tuż przed uderzeniem – cała sytuacja trwa około 150 milisekund.

Kryteria oceny są bezlitosne. Bariery muszą zatrzymać pojazd i przekierować go w sposób kontrolowany żadna część systemu barierowego nie może przeniknąć do wnętrza pojazdu środek ciężkości pojazdu nie może przekroczyć linii środkowej zdeformowanego systemu barierowego pojazd nie może się przewrócić w przypadku testów pojazdów ciężarowych nie więcej niż 5% masy obciążnika może się oderwać przed całkowitym zatrzymaniem się pojazdu .

Jedna seria testów udokumentowana w literaturze dotyczącej bezpieczeństwa przy drogach obejmowała terminal kinkujący sekwencyjny MASH z typową stalową barierą typu W o grubości 12 gauge zgodną ze standardem AASHTO M180 całkowita długość systemu, w tym rampa wprowadzająca, krawężnik, terminal i bariera, przekraczała 300 stóp bariery zaliczyły test – ale jedynie po wielokrotnych iteracjach dostosowań projektowych opartych na obserwacjach uzyskanych z nagrania w wysokiej rozdzielczości wykonanego przez kamery pracujące w trybie szybkiego przebiegu

Ograniczenie „szerokości roboczej”, które zmienia wszystko

Filary mostowe znajdują się zwykle w ograniczonych przestrzeniach – często bezpośrednio przy pasach ruchu i z minimalną szerokością pobocza. Oznacza to, że bariera ochronna filarów nie może odchylić się na znaczną odległość, zanim uderzy w sam filar lub naruszy sąsiedni pas ruchu.

Tu właśnie koncepcja normy EN 1317 dotycząca szerokość robocza pracującej szerokości staje się kluczowa. Pracująca szerokość to maksymalna odległość od czołowej powierzchni bariery przed uderzeniem do najdalszego odkształcenia jej głównych elementów po uderzeniu pojazdu ciężarowego . Norma definiuje osiem klas pracującej szerokości, od W1 (najsztywniejsza, najmniejsze odkształcenie) do W8 (najbardziej elastyczna) .

W przypadku barier ochronnych przystani zazwyczaj preferuje się niższą klasę szerokości roboczej, ponieważ po prostu nie ma wystarczająco miejsca na duże ugięcia. Jednak mniejsza szerokość robocza oznacza zwykle wyższe siły uderzeniowe przekazywane pasażerom. Kompromis inżynierski jest surowy: bariera musi być wystarczająco sztywna, aby zmieścić się w dostępnym obszarze, ale jednocześnie wystarczająco miękka, aby spowolnienie było przeżywalne. Dlatego bariery przystani często wykorzystują materiały pochłaniające energię — stalowe obudowy wypełnione pianką, łamliwe słupki lub zastrzeżone poduszki uderzeniowe — które ulegają stopniowemu zgniataniu w celu kontrolowania charakterystyki siły.

To, czego raporty testowe nie zawsze Wam mówią

Raport z testu zderzeniowego poinformuje, czy bariera spełniła lub nie spełniła kryteriów określonych w normie. Nie poda jednak, jak bariera zachowuje się po niewielkim uderzeniu skośnym — takim, jakie występuje dziesiątki razy rocznie na ożywionych autostradach. Niektóre bariery, które z powodzeniem przechodzą pełnoskalowy test, ulegają praktycznie całkowitej destrukcji przy niskoprędkościowym uderzeniu bocznym i wymagają pełnej wymiany. Inne łatwo wytrzymują niewielkie uderzenia i pozostają w pełni funkcjonalne.

Istnieje także kwestia dostępu do konserwacji. Bariera przyczolna, której trudno dokonać inspekcji lub naprawy, staje się długoterminowym ryzykiem, niezależnie od tego, jak dobrze zachowała się w jedynym przeprowadzonym teście zderzeniowym. Doświadczeni specyfikatorzy spojrzenie przekraczają certyfikaty testów i rozważają całkowity koszt cyklu życia — nie tylko początkową instalację, ale także przeglądy, naprawy oraz ostateczną wymianę.

W praktyce najlepszymi barierami ochronnymi dla filarów mostowych są te, które zapewniają równowagę między wydajnością w przypadku zderzenia a łatwością konserwacji. Producentom posiadającym duże doświadczenie zarówno w produkcji barier ochronnych, jak i rusztowań – takim jak STL Sun – znane jest, że te same zasady kontrolowanej deformacji i zarządzania energią mają zastosowanie niezależnie od tego, czy chroni się filar mostowy, czy też wspiera ciężkie obciążenie budowlane. Testy mogą być spektakularne, ale prawdziwa wartość tkwi w tysiącach niezdarzeń, kiedy bariera po prostu stoi w miejscu i wykonuje swoją pracę, nie przyciągając uwagi nikogo.