Какова функция аварийного барьера перед опорами моста и как он тестируется?

Почему опоры мостов относятся к наиболее опасным неподвижным объектам на проезжей части

Опоры мостов расположены прямо на пути транспортных средств, выезжающих за пределы проезжей части, на некоторых из самых скоростных дорог в инфраструктурной сети. В отличие от барьерного ограждения, проложенного параллельно потоку движения, опора представляет собой опасность лобового столкновения — такого, при котором практически вся кинетическая энергия транспортного средства передаётся конструкции за долю секунды. Статистика смертельных случаев это подтверждает. Данные по стране показывают, что около 28 % дорожно-транспортных происшествий со смертельным исходом связаны с выездом транспортных средств за пределы проезжей части, а неподвижные объекты — такие как опоры мостов, деревья и опоры линий электропередачи — являются наиболее частыми препятствиями, с которыми сталкиваются автомобилисты. .

Функция аварийного барьера, установленного перед опорой моста, проста по концепции, но чрезвычайно требовательна в реализации: отвести транспортное средство от опоры, одновременно рассеяв достаточное количество энергии, чтобы замедление пассажиров оставалось в пределах, совместимых с выживанием. Это означает, что барьер должен надёжно функционировать при широком диапазоне углов столкновения, масс транспортных средств и скоростей — всё это в условиях ограниченного пространства, обычно имеющегося перед опорой.

Удержание, перенаправление и рассеяние энергии: три задачи

Барьер защиты опоры выполняет три отдельные функции, которые должны работать последовательно. Во-первых, сдерживание — барьер должен физически остановить транспортное средство, не допустив его до опоры. Это звучит очевидно, однако на практике именно это требование оказывается наиболее сложным, поскольку барьер не может быть абсолютно жёстким. Если он слишком жёсткий, транспортное средство останавливается слишком резко, и пассажиры испытывают смертельное замедление. Если же он слишком гибкий, транспортное средство пробивает его.

Во-вторых, перенаправление после того как барьер захватывает транспортное средство, он должен направить его обратно на траекторию, приблизительно параллельную проезжей части. Угол выезда имеет чрезвычайно большое значение. Критерии испытаний на столкновение обычно требуют, чтобы угол выезда транспортного средства из-за барьера не превышал 12 градусов. Превышение этого значения может привести к тому, что транспортное средство окажется в полосе встречного движения или столкнётся с другим препятствием.

Третье, диссипация энергии барьер поглощает кинетическую энергию посредством контролируемой деформации — изгиба, разрыва и трения — так, чтобы транспортное средство замедлялось на большем расстоянии и в течение более длительного времени. Ключевым показателем здесь является максимальное замедление, испытываемое пассажирами, а не общее поглощённое количество энергии.

Испытания на полномасштабное столкновение: единственный надёжный способ получить достоверные данные

Компьютерные моделирования и испытания на масштабных моделях позволяют получить лишь частичные результаты, однако единственным признанным методом сертификации барьера для опоры моста являются полномасштабные испытания на столкновение. Два основных стандарта, действующих в мире, — это Руководство по оценке средств обеспечения безопасности (MASH) в Северной Америке и стандарт EN 1317 в Европе.

Стандарт MASH определяет условия испытаний, разработанные на основе десятилетий реальных данных о дорожно-транспортных происшествиях. Типичное испытание для барьера защиты опоры может включать столкновение пикапа массой 2000 кг со скоростью 100 км/ч под углом 25 градусов. Испытательная установка должна включать имитацию основания мостового полотна, поскольку эффективность барьера существенно зависит от того, закреплён ли он в грунте или в жёсткой бетонной конструкции. .

Стандарт EN 1317 использует аналогичный подход, но с другими испытательными транспортными средствами и классификацией уровней удержания. Новая система барьеров должна пройти как минимум два испытания на столкновение: одно — с лёгким транспортным средством (обычно массой 900 кг) для оценки степени воздействия удара на пассажиров, и второе — с тяжёлым транспортным средством для определения максимальной энергии, которую система способна поглотить. .

Что происходит во время испытания барьеров для опор мостов на удар

Полномасштабное испытание барьера для опоры моста на удар представляет собой контролируемый демонтаж. Высокоскоростные камеры, акселерометры, установленные на транспортном средстве, и тензодатчики, встроенные в барьер, регистрируют данные со скоростью несколько тысяч кадров в секунду. Транспортное средство направляется к точке удара с помощью буксировочного троса или системы наведения и освобождается непосредственно перед ударом; после этого всё происходит за примерно 150 миллисекунд.

Критерии оценки неумолимы. Барьер должен удерживать транспортное средство и перенаправлять его управляемым образом . Ни один элемент системы барьера не должен проникать в салон транспортного средства . Центр тяжести транспортного средства не должен пересекать центральную линию деформированной системы барьера . Транспортное средство не должно опрокинуться . При испытаниях тяжёлых транспортных средств не более 5 % массы балласта может оторваться до полной остановки транспортного средства .

Один из сертифицированных испытательных циклов, задокументированных в литературе по безопасности обочин, включал последовательный кинкирующий терминал MASH с гофрированным металлическим барьером W-образного профиля по стандарту AASHTO M180 толщиной 12 gauge . Общая длина всей системы — включая подъёмный участок, бордюр, терминал и барьер — превышала 300 футов . Барьер прошёл испытание — но только после нескольких итераций конструктивных доработок, основанных на данных, полученных с помощью высокоскоростных камер о механизмах разрушения

Ограничение «Рабочей ширины», которое меняет всё

Опоры мостов обычно размещаются в стеснённых условиях — зачастую прямо рядом с проезжей частью и при минимальной ширине обочины. Это означает, что барьер защиты опоры не может отклониться на значительное расстояние, прежде чем либо столкнётся с самой опорой, либо вторгнется в соседнюю полосу движения.

Здесь критически важна концепция рабочая ширина рабочей ширины, изложенная в стандарте EN 1317. Рабочая ширина — это максимальное расстояние от передней поверхности барьера до наиболее удалённой точки деформации его основных компонентов после удара тяжёлого транспортного средства . Стандарт определяет восемь классов рабочей ширины — от W1 (самый жёсткий, наименьшее отклонение) до W8 (самый гибкий). .

Для барьеров защиты причалов почти всегда предпочтительным является более низкий класс рабочей ширины, поскольку просто нет места для больших деформаций. Однако более низкая рабочая ширина обычно означает более высокие силы удара, передаваемые пассажирам. Инженерный компромисс крайне сложен: конструкция должна быть достаточно жёсткой, чтобы уместиться в имеющемся пространстве, но при этом достаточно мягкой, чтобы замедление оставалось совместимым с выживанием. Именно поэтому барьеры для причалов часто используют энергопоглощающие материалы — стальные оболочки, заполненные пеноматериалом, разрушаемые стойки или специальные противоударные подушки, которые постепенно разрушаются для управления профилем силы.

То, что отчёты об испытаниях не всегда раскрывают

Отчёт об испытании на столкновение покажет, соответствует ли барьер установленным критериям стандарта или не соответствует им. Однако он не покажет, как барьер ведёт себя после незначительного скользящего удара — такого, который происходит десятки раз в год на загруженных автомагистралях. Некоторые барьеры, успешно прошедшие полноформатное испытание, практически полностью разрушаются при боковом ударе на низкой скорости и требуют полной замены. Другие легко переносят незначительные удары и сохраняют работоспособность.

Также важно учитывать доступ для технического обслуживания. Барьер, установленный на опоре, который сложно осматривать или ремонтировать, создаёт долгосрочные риски, независимо от того, насколько хорошо он показал себя в единственном проведённом испытании на столкновение. Опытные специалисты по подбору оборудования учитывают не только сертификаты испытаний, но и общую стоимость жизненного цикла — не только первоначальную установку, но и последующие осмотры, ремонт и окончательную замену.

На практике лучшие барьеры для защиты опор мостов — это те, которые обеспечивают оптимальный баланс между эффективностью при столкновении и удобством технического обслуживания. Производители с многолетним опытом в изготовлении как барьерных ограждений, так и строительных лесов — например, STL Sun — понимают, что одни и те же принципы контролируемой деформации и управления энергией применимы как при защите опоры моста, так и при поддержке тяжёлых строительных нагрузок. Испытания могут быть впечатляющими, но реальная ценность заключается в тысячах спокойных дней, когда барьер просто находится на своём месте, выполняя свою функцию незаметно для всех.