Яка функція бар’єру безпеки перед опорою моста та як його тестують?

Чому опори мостів є одними з найнебезпечніших нерухомих об'єктів на дорозі

Опори мостів розташовані прямо на шляху транспортних засобів, що виїжджають із проїзної частини, на деяких із найшвидшісніших доріг у транспортній мережі. На відміну від бар’єрного огорожі, яка проходить паралельно до руху транспорту, опора створює небезпеку лобового зіткнення — такого, при якому практично вся кінетична енергія транспортного засобу передається конструкції за частку секунди. Це підтверджують статистичні дані щодо смертельних випадків. Загальнодержавні дані свідчать, що близько 28 % смертельних дорожньо-транспортних пригод пов’язані з виїздом транспортних засобів за межі проїзної частини, а нерухомі об’єкти — такі як опори мостів, дерева та опори ліній електропередачі — є найпоширенішими об’єктами, з якими вони зіштовхуються. .

Функція бар’єра, розташованого перед опорою моста, є простим у концепції, але надзвичайно вимогливим у виконанні завданням: перенаправити транспортний засіб убік від опори, одночасно розсіюючи достатню кількість енергії, щоб уповільнення пасажирів залишалося в межах, сумісних із виживанням. Це означає, що бар’єр має надійно працювати при широкому діапазоні кутів удару, мас транспортних засобів і швидкостей — усі ці вимоги мають виконуватися в обмеженому просторі, який зазвичай існує перед опорою.

Утримання, перенаправлення та розсіювання енергії: три основні функції

Бар’єр захисту опори виконує три чітко визначені функції, які мають діяти послідовно. По-перше, утримання — бар’єр має фізично зупинити транспортний засіб, перешкоджаючи йому досягти опори. Це здається очевидним, але насправді є найскладнішою вимогою, оскільки бар’єр не може мати нескінченну жорсткість. Якщо він надто жорсткий, транспортний засіб зупиняється занадто різко, і пасажири відчувають смертельне уповільнення. Якщо ж він надто гнучкий, транспортний засіб пробиває його.

Друге, перенаправлення після того як бар’єр захоплює транспортний засіб, він має направити його назад на траєкторію, приблизно паралельну проїзній частині. Кут виходу має надзвичайно велике значення. Критерії краш-тестування, як правило, вимагають, щоб кут виходу транспортного засобу з бар’єра не перевищував 12 градусів. Якщо цей показник перевищено, транспортний засіб може потрапити в зону зустрічного руху або зіткнутися з іншим перешкодою.

По-третє, дисипація енергії бар’єр поглинає кінетичну енергію шляхом контрольованої деформації — згинання, розриву та тертя — щоб транспортний засіб уповільнювався на більшій відстані й протягом більшого часу. Ключовим показником тут є максимальне уповільнення, яке відчувають пасажири, а не загальна поглинута енергія.

Краш-тестування в натуральному масштабі: єдиний спосіб отримати достовірні дані

Комп’ютерні симуляції та випробування в масштабних моделях можуть дати часткові результати, але єдиним загальноприйнятим методом сертифікації бар’єрів для опор мостів є краш-тестування в натуральному масштабі. Двома провідними глобальними стандартами є Руківництво з оцінки безпеки дорожніх пристроїв (MASH) у Північній Америці та EN 1317 у Європі.

MASH визначає умови випробувань, які розвивалися протягом десятиліть на основі реальних даних про зіткнення. Типове випробування для бар'єра захисту опори може передбачати зіткнення пікапа масою 2000 кг зі швидкістю 100 км/год під кутом 25 градусів. Установка для випробування має включати імітовану основу мостової плити, оскільки ефективність бар'єра суттєво залежить від того, чи закріплено його в ґрунті чи в жорсткій бетонній конструкції .

EN 1317 використовує схожий підхід, але з іншими транспортними засобами для випробувань та іншими класифікаціями рівнів утримання. Нова система бар'єрів повинна пройти щонайменше два випробування на зіткнення: одне з легковим транспортним засобом (зазвичай масою 900 кг) для оцінки тяжкості удару для пасажирів та одне з важким транспортним засобом для визначення максимальної енергії, яку система здатна поглинути .

Що відбувається під час краш-тесту бар’єру для опори моста

Повномасштабний краш-тест бар’єру для опори моста — це керований зруйнування. Високошвидкісні камери, акселерометри, встановлені на транспортному засобі, та тензодатчики, вбудовані в бар’єр, фіксують дані з частотою кілька тисяч кадрів за секунду. Транспортний засіб направляють до точки удару за допомогою буксирного троса або системи наведення, відпускають безпосередньо перед ударом, і потім — усе відбувається протягом приблизно 150 мілісекунд.

Критерії оцінки є безкомпромісними. Бар’єр має утримувати транспортний засіб і перенаправляти його керованим чином . Жодна частина системи бар'єра не повинна проникати в салон транспортного засобу . Центр ваги транспортного засобу не повинен перетинати центральну лінію деформованої системи бар'єра . Транспортний засіб не повинен перевернутися . У тестах важких транспортних засобів не більше ніж 5 % маси баласту може відокремитися до повної зупинки транспортного засобу .

Один серійний тест, задокументований у літературі з безпеки на дорогах, передбачав використання терміналу MASH Sequential Kinking Terminal із стандартною W-подібною огорожею AASHTO M180 товщиною 12 gauge . Загальна довжина системи, включаючи під’їзний пандус, бордюр, термінал і бар'єр, становила понад 300 футів . Бар'єр витримав випробування — але лише після кількох ітерацій коригування конструкції на основі даних, отриманих високошвидкісними камерами щодо режимів руйнування

Обмеження «Робочої ширини», яке змінює все

Опори мостів зазвичай розташовані в обмежених просторах — часто безпосередньо біля проїзної частини з мінімальною шириною узбіччя. Це означає, що бар’єр захисту опори не може відхилятися на значну відстань, перш ніж або зіткнеться з самою опорою, або вторгнеться в сусідній смугу руху.

Саме тут концепція робоча ширина робочої ширини за стандартом EN 1317 стає критично важливою. Робоча ширина — це максимальна відстань від передньої поверхні бар’єра до моменту зіткнення до максимальної деформації його основних компонентів після зіткнення з важким транспортним засобом . Стандарт визначає вісім класів робочої ширини — від W1 (найжорсткіший, найменше відхилення) до W8 (найбільш гнучкий). .

Для бар’єрів захисту пірсів майже завжди віддають перевагу нижчому класу робочої ширини, оскільки просто немає місця для великих деформацій. Однак нижча робоча ширина зазвичай означає вищі сили удару, що передаються пасажирам. Інженерний компроміс є жорстким: достатньо жорсткий, щоб залишатися в межах наявного простору, але достатньо м’який, щоб уповільнення залишалося сумісним із виживанням. Саме тому бар’єри для пірсів часто використовують матеріали, що поглинають енергію — сталеві оболонки, заповнені пінопластом, ламкі стовпи або спеціальні амортизуючі пристрої, які поступово деформуються, щоб керувати профілем сил.

Те, що звіти про випробування не завжди розповідають

Звіт про краш-тест повідомить вам, чи пройшла перешкода або не пройшла тест за критеріями стандарту. Але він не розповість вам, як перешкода поводиться після незначного бічного удару — такого, що відбувається десятки разів на рік на завантажених автомагістралях. Деякі перешкоди, які ідеально проходять повномасштабне випробування, практично знищуються при зіткненні на низькій швидкості й потребують повної заміни. Інші легко переносять незначні удари й залишаються справними.

Також важливе питання доступу для технічного обслуговування. Перешкода, яку важко оглядати або ремонтувати, стає довгостроковим ризиком навіть у разі ідеального результату єдиного краш-тесту. Досвідчені спеціалісти аналізують не лише сертифікати випробувань, а й загальну вартість циклу життя — не тільки початкову установку, а й огляди, ремонти та, зрештою, заміну.

На практиці найкращі бар’єри для захисту опор мостів — це ті, що забезпечують баланс між ефективністю при зіткненні й практичною ремонтопридатністю. Виробники з великим досвідом у виробництві як огорож, так і будівельних лісів — наприклад, STL Sun — розуміють, що ті самі принципи контролюваної деформації та управління енергією застосовні як до захисту опори моста, так і до підтримки важких будівельних навантажень. Випробування можуть бути вражаючими, але справжню цінність становлять тисячі непомітних днів, коли бар’єр просто стоїть на місці й виконує свою функцію, не привертаючи уваги нікого.