新型高强度铝合金波形梁护栏

当前高速公路波形护栏采用的结构形式主要包括双波或三波波形板、防阻块以及圆柱型钢立柱。为提高护栏在各种不同自然环境下的使用寿命，必须对钢材进行防腐处理，除增加了养护维修费成本外，有些防腐处理还会产生重金属污染。此外，护栏因常规更换、事故损坏、道路改建替换等原因，每年产生的废旧护栏量很大。因废旧钢材价格下降，材料循环再利用问题也日益突显。与交通运输部在实施绿色公路建设中要求的积极推动废旧材料的循环再生利用、加强生态保护以及突出全寿命周期成本等指导意见形成尖锐矛盾。

提出将抗腐蚀性好、无需防腐处理的一种新型高强度铝合金材料用于设计波形梁护栏（以下简称新型护栏），不仅能够有效避免钢护栏防腐污染和再利用率低的不足，而且可以降低护栏的全寿命周期成本。

以目前国内高速公路广泛使用的三级波形梁护栏作为研究对象，根据JTG/T D81—2017《公路交通安全设施设计细则》确定的防护等级为A 级的波形梁护栏要求，拟采用的新型高强度铝合金的强度与钢材相似，且达到7 系铝材的强度值，该护栏的波形梁板、立柱、托架或防阻块、加劲肋等构件均采用新型高强铝合金材料制成，仅高强连接螺栓采用钢制。

采用该材料作为结构构件，应考虑材料弹性模量较小、材料刚度不足引起的结构变形和稳定性问题，考虑铝合金材料刚度较低问题，通过增大截面的几何尺寸以弥补结构刚度不足，控制铝制护栏的变形。基于规范中A 级三波梁护栏的结构，在仿真分析中考虑将立柱尺寸增加为Φ140 mm×6 mm，梁板为506 mm×85 mm×5 mm，其结构示意见图1。

根据实际应用情况分析，分段生产的波形梁护栏是经高强螺栓拼接而成，在碰撞以后发生剪切断裂破坏的几率很小，因此在建模中将波形梁护栏处理为一整体。建立长度为72 m、立柱间距为4 m 的三波梁护栏模型，根据文献规定的三级波形梁护栏的结构形式，立柱全长2 500 mm，埋入地下深度1 650 mm。相比于护栏立柱长度，护栏梁板、立柱等构件厚度很小，采用壳单元；考虑护栏碰撞是大变形问题，为有效提高计算速度，采用面内单点积分。在碰撞产生的动力荷载作用下，应变率对护栏的影响很大，因此模型中护栏材料选择24 号材料。

通过对新型护栏的碰撞能力仿真分析，表明该护栏标准段结构可达到现行规范中的A 级要求，防护能力达到160 kJ。新型高强度铝合金再利用率和回收剩余价值较高，能够有效促进废旧护栏的循环使用，节约资源、降低护栏的全寿命周期成本；其耐腐蚀强的优点能避免防腐处理产生的重金属污染，为解决安全设施防锈污染提供一种新思路，可有效促进绿色公路在交通安全设施方面的发展。