В чём разница между гибкой, полужёсткой и жёсткой системой безопасности?

Три категории, определяющие безопасность на обочине дороги

Каждый дорожный защитный барьер относится к одной из трёх основных категорий в зависимости от его поведения при ударе: гибкий, полужёсткий или жёсткий. Эта классификация — не просто академическое деление: она определяет места возможной установки барьера, требуемое пространство, типы транспортных средств, которые он способен удержать, а также последствия для пассажиров при аварии.

Фундаментальное различие сводится к отклонение . Гибкий барьер сильно деформируется — иногда на несколько метров — и поглощает энергию за счёт натяжения стальных тросов или канатов . Жёсткое ограждение практически не смещается и поглощает энергию за счёт деформации конструкции транспортного средства . Полужёсткое ограждение занимает промежуточное положение и обычно состоит из стальных балок, которые изгибаются и деформируются для управления силами удара .

Каждый тип обладает очевидными преимуществами и столь же очевидными ограничениями. Правильный выбор зависит от ограничений площадки, состава транспортного потока и последствий отказа ограждения.

Гибкие ограждения: системы из проволочных канатов и кабелей

Гибкие ограждения состоят из натянутых проволочных канатов или кабелей, закреплённых на хрупких опорах, которые разрушаются при ударе . При столкновении транспортного средства с гибким ограждением канаты растягиваются, а опоры ломаются, что позволяет ограждению значительно отклониться — часто на 1,5 метра и более. Такое большое отклонение распределяет силу удара на более длительный промежуток времени и большее расстояние, что приводит к снижению замедляющих сил, действующих на пассажиров транспортного средства.

Данные о тяжести аварий подтверждают это. Исследование, в котором анализировались данные о ДТП за пять лет в штате Айова, показало, что кабельные барьеры ассоциировались с наименьшим уровнем травм среди трёх типов. . По сравнению с ними бетонные барьеры ассоциировались с повышением вероятности получения травмы на 12,09 %, а металлические отбойники — на 7,69 %.

Однако преимущества сопряжены с компромиссами. Гибкие барьеры требуют значительного свободного пространства позади себя — рабочая ширина может составлять несколько метров. . Это делает их непригодными для стеснённых участков, например, мостовых проезжих частей, разделительных полос ограниченной ширины или мест, расположенных рядом с неподвижными препятствиями. Кроме того, после любого серьёзного столкновения такие барьеры требуют существенного ремонта, поскольку опоры рассчитаны на разрушение. Одно ДТП может вывести гибкий барьер из строя до тех пор, пока не будет заменён весь повреждённый участок.

Жёсткие барьеры: бетонные стены, которые не смещаются

На противоположном конце спектра находятся жёсткие барьеры — почти всегда изготовленные из армированного бетона . Эти барьеры практически не деформируются, обычно менее чем на 50 миллиметров, и полагаются на собственную конструкцию транспортного средства для поглощения энергии удара за счёт смятия.

Жёсткие барьеры являются предпочтительным выбором, когда отсутствует абсолютно любое пространство для деформации . Парапеты мостов, стены тоннелей и разделительные барьеры на загруженных городских автомагистралях почти всегда жёсткие, поскольку сам барьер определяет доступное расстояние до препятствия. Кроме того, они практически не требуют технического обслуживания после незначительных столкновений — бетонный барьер, остановивший автомобиль, не нуждается в замене.

Недостатки значительны. Высокие силы замедления, передаваемые пассажирам, означают, что жёсткие барьеры связаны с наибольшим риском травм среди трёх типов. Пиковое ускорение транспортного средства при испытании под углом 45 градусов со скоростью 80 км/ч составило 32 g при столкновении с жёсткой бетонной конструкцией по сравнению с 18 g при столкновении с W-образным барьером и 7 g при столкновении с гибким канатным барьером. Это шокирующая статистика: 32 g значительно превышает предел, при котором большинство пассажиров могут остаться в живых без серьёзных травм.

Жёсткие барьеры также представляют особую угрозу для мотоциклистов, которые не имеют защитной конструкции закрытого транспортного средства. По этой причине во многих юрисдикциях использование жёстких барьеров разрешено только в местах, где преимущества удержания транспортных средств перевешивают повышенную степень тяжести последствий для уязвимых участников дорожного движения.

Полужёсткие барьеры: W-образные и Thrie-образные барьеры как компромиссный вариант

Полужёсткие барьеры — в первую очередь стальные балочные ограждения — представляют собой наиболее распространённый компромисс между отклонением и удержанием. Классическое ограждение W-образного профиля с характерным гофрированным сечением отклоняется при ударе обычно на 0,8–1,3 метра, поглощая энергию за счёт пластической деформации стали.

Их эффективность находится между двумя другими типами. Полужёсткие барьеры отклоняются меньше, чем гибкие барьеры, поэтому их можно размещать ближе к опасным объектам при ограниченном пространстве. они отклоняются больше, чем жёсткие барьеры, поэтому замедление occupants ниже, чем при использовании бетона. Данные исследования, проведённого в Айове, показывают, что вероятность получения травмы при столкновении с балочными ограждениями на 7,69 % выше, чем при столкновении с кабельными ограждениями, но ниже, чем при столкновении с бетонными ограждениями — 12,09 %.

Полужёсткие барьеры также являются наиболее ремонтопригодными. Повреждённый участок W-образной балки можно открутить и заменить без замены всей системы. Искривлённые стойки можно выпрямить или заменить. Такая ремонтопригодность чрезвычайно важна на дорогах с интенсивным движением, где выход барьера из строя создаёт угрозу безопасности, требующую немедленного устранения.

Различие между «динамическим отклонением» и «рабочей шириной»

Инженеры различают два связанных, но разных измерения: динамическое отклонение и рабочая ширина . Динамическое отклонение — это максимальное смещение лицевой поверхности ограждения во время удара . Рабочая ширина — это расстояние от лицевой поверхности ограждения до точки наибольшего деформирования любой части системы после удара .

Для гибкого ограждения рабочая ширина может быть значительно больше динамического отклонения, поскольку сломанные стойки и смещённые тросы могут выступать наружу. Для жёсткого ограждения эти два значения практически совпадают, поскольку ничего не перемещается.

Это различие имеет значение при выборе места установки. Ограждение с большой рабочей шириной нельзя устанавливать там, где в пределах этого расстояния находится препятствие — другое ограждение, опора моста, подпорная стена. многие проектировщики обочин усвоили этот урок на собственном опыте, выбрав ограждение, которое прекрасно проходит краш-тесты, но затем обнаружив, что оно не помещается в имеющееся пространство обочины.

Выбор правильного барьера: это никогда не сводится только к показателям эффективности

Процесс выбора защитного барьера предполагает баланс между показателями эффективности и ограничениями конкретного участка таким образом, что ни один отдельный «наилучший» тип не подойдёт повсеместно.

Гибкие барьеры — оптимальный выбор для широких разделительных полос и обочин с достаточным пространством для восстановления траектории движения, особенно когда главной задачей является минимизация травм водителей и пассажиров. они также зачастую оказываются наиболее экономичным решением для протяжённых участков обочинной защиты, поскольку система из тросов и стоек требует меньше материала по сравнению с непрерывной стальной балкой.

Полужёсткие барьеры хорошо зарекомендовали себя в большинстве промежуточных условий — на большинстве автомагистральных разделительных полос, подходах к мостам и обочинах со средним запасом расстояния. система W-образной балки является мировым стандартом не случайно: она обеспечивает лучший баланс между стоимостью, эффективностью и ремонтопригодностью по сравнению с любым другим отдельным вариантом.

Жёсткие барьеры — единственный возможный выбор, когда физически отсутствует место для деформации. . Парапеты мостов, туннели и городские скоростные автомагистрали с нулевой шириной обочины по необходимости являются жёсткими, а не по предпочтению.

Один часто упускаемый из виду фактор — это переход между различными типами барьеров. Резкая смена гибкого кабельного барьера на жёсткую бетонную стену создаёт несоответствие жёсткости, которое может привести к зацеплению или проникновению транспортных средств в точке перехода. Правильно спроектированные переходы — постепенное изменение жёсткости на протяжении нескольких метров — имеют решающее значение для сохранения целостности системы.

Производители, такие как STL Sun, выпускающие как компоненты ограждений, так и изделия из конструкционной стали, понимают такой системный подход. Прочность барьера определяется его самым слабым звеном, а им зачастую является соединение между различными типами барьеров или крепление на концах. Крепёж имеет значение, но не менее важна и интеграция.