Tasarımla Hayat Kurtarmak: Yol Otokorkuluk Sistemleri Mühendisliği

Karar: Doğru Belirlenmiş Korkuluklar Ölümcül Yoldan Çıkma Kazalarını %78 Azaltır

Sabit tehlikelere (köprüler, setler, dik eğimler veya karşı trafik) bitişik karayolu bölümleri için, uygun şekilde seçilmiş bir yol korkuluğu, ölümcül yoldan çıkma (ROR) çarpışma olaylarını aşağıdaki oranlarda azaltır: hiçbir engelin olmadığı duruma kıyasla belgelenmiş %78 15.000 ROR çarpışmasının FHWA çarpışma verileri analizine dayanmaktadır. Doğrudan sonuç: yol korkuluk sistemleri, çalışma hızına, trafik hacmine ve tehlikenin ciddiyetine bağlı olarak test seviyesi (TL-1'den TL-5'e), açıklık mesafesi (çalışma genişliği) ve sapma kategorisine (düşük, yarı sert veya sert) göre belirtilmelidir. Bu makale, NCHRP 350 ve MASH çarpışma testi standartlarından elde edilen ampirik verilere dayalı olarak W-kiriş ve üç-kiriş profilleri, direk aralığı (1,9 m ila 3,8 m), blokaj türleri (ahşap, plastik veya çelik) ve terminal bölümleri (çarpma yastıkları ve uç tedavileri) için özel seçim kriterleri sağlar.

Korkuluk Test Seviyeleri: TL-1'den TL-5'e kadar Açıklama

Yol korkuluğu Amerika Birleşik Devletleri'ndeki sistemler, Güvenlik Donanımını Değerlendirme Kılavuzu'nda (MASH) tanımlanan çarpışma testi kriterlerini karşılamalıdır. Altı test seviyesi (TL-1'den TL-6'ya) farklı yol türleri için darbe koşullarını belirtir. Yüksek hızlı otoyollar için (70 mil/saat / 110 km/saat tasarım hızı) minimum gereksinim, 2.270 kg'lık bir pikap ile 100 km/saatte ve 25 derecelik açıyla darbeyi test eden TL-3'tür. . TL-4, 90 km/saat hızla 10.000 kg'lık tek üniteli bir kamyon ekler; TL-5, 80 km/saat hızla 36.000 kg'lık bir çekici-römork ekler. %20 kamyon trafiğinin olduğu bir otoyolda TL-3 korkuluğunun yanlış belirtilmesi, nüfuz etme riski yaratır; bariyerde arabalar bulunur ancak yarı römorku yönlendirmede başarısız olabilir.

Trafiğin karışık olduğu yollar için (araba artı kamyon), önerilen minimum tutar TL-4'tür. Çarpışma verileri, %15 kamyon trafiğinin olduğu yollarda ağır araç çarpışmalarında %35-40 nüfuz oranına sahip TL-3 bariyerlerini göstermektedir TL-4 bariyerleri için %5-10'a kıyasla. TL-3'ten TL-4'e yükseltmenin artan maliyeti metre başına 15-25$'dır; hayat kurtaran performans için küçük bir prim.

W-Beam ve Üç-Beam Profil Seçimi

Küresel yol güvenliğine iki korkuluk profili hakimdir: W-kiriş (12 kalibre veya 10 kalibre, 310 mm genişlik, 80 mm derinlik) ve üçlü kiriş (360 mm genişlik, 100 mm derinlik, üç oluklu). W-kirişi TL-3 uygulamaları için standarttır ve binek araçlar ve hafif kamyonlar için yeterli koruma sağlar . TL-4 ve TL-5 uygulamaları için belirlenen üçlü kiriş, W-kirişten %40 daha fazla kesit modülü ve %25 daha yüksek darbe direnci sunar. Üç kiriş ayrıca motosiklet çarpışmalarında önemli ölçüde daha iyi performans gösterir; daha derin oluklar, rayın sürücünün alt gövdesine nüfuz etme riskini azaltır; bu, W kirişli korkuluklarla motosiklet çarpışmalarının %15-20'sinde meydana gelir.

Malzeme kalınlığı: W-kirişi 12 kalibre (2,66 mm) veya 10 kalibre (3,42 mm) olarak mevcuttur. 10 kalibreli W-kirişi, 12 kalibreye göre %35-40 daha yüksek nihai güç sağlar %20-25 maliyet primi ile. Yüksek hızlı otoyollar için (belirtilen hız > 105 km/saat), test seviyesine bakılmaksızın 10 kalibreli W-kiriş veya üç-kiriş belirtin. Düşük hızlı veya düşük hacimli yollar için 12 ayarlı W-kirişi kabul edilebilir. Tüm korkuluklar, minimum 610 g/m² (G210) kaplama ağırlığına sahip galvanizli çelik için ASTM A653 spesifikasyonlarını karşılamalıdır. G210'un altındaki kaplama ağırlığı, kıyı veya buz çözücü tuz ortamlarında 10-12 yıl içinde korozyon delinmesine neden olur.

Direk Aralığı ve Dinamik Sapma

Korkuluk direk aralığı, sistemin dinamik sapmasını, yani bariyerin çarpışma sırasında aracı yeniden yönlendirmeden önce ne kadar içeriye doğru hareket edeceğini belirler. TL-3 W-kiriş için standart direk aralığı 1,9 m ila 3,8 m'dir ve sapma 0,8 m (1,9 m aralık) ila 1,5 m (3,8 m aralık) arasındadır. . Korkuluğun yakındaki tehlikelere (ağaçlar, işaret direkleri, elektrik direkleri veya karşı şeritler) doğru yön değiştirmemesi gerektiğinden sapma kritik öneme sahiptir. Sabit bir tehlikeden 1,2 m uzağa yerleştirilen bir bariyer için, 2,5 m veya daha sıkı direk aralığı gerektiren maksimum sapmayı 1,0 m veya daha az olarak belirtin. >2,0 m açıklığa sahip bariyerler için 3,8 m aralık kabul edilebilir.

Gömme derinliği: C-kesitli çelik direkler (100 mm x 50 mm x 5 mm), tipik toprağa 1,1 m ila 1,2 m gömme gerektirir , orijinal zemin yüzeyinden direk ucuna kadar ölçülmüştür. Sığ gömme (0,9 m'nin altında) yanal kapasiteyi %50-60 azaltır, darbe altında direğin aşırı derecede eğilmesine neden olur ve aracın geçersiz kılınmasına olanak tanır. Zayıf toprakta (gevşek kum, yumuşak kil veya yüksek su tablası), beton dolgu veya daha uzun direkler (1,5-1,8 m gömme) belirtin. Son çakma, 1 m'den düşen 450 kg'lık bir çekiç kullanarak 300 mm'lik gömme başına minimum 12 darbelik darbe sayısına ulaşmalıdır; daha düşük darbe sayıları, yetersiz toprak yoğunluğunu gösterir ve toprağın iyileştirilmesini gerektirir.

Blokajlar: Ahşap, Plastik veya Çelik Ara Parçalar

Blokajlar (ray ile direk arasına monte edilen ara parçalar) üç işleve hizmet eder: tekerleğin takılmasını önlemek için rayı dengelemek, kontrollü bir enerji emici bağlantı sağlamak ve galvanizli kaplamayı korumak. Ahşap bloklar (işlenmiş sarı çam, 150 mm x 200 mm x 75 mm) en yaygın olanıdır; her biri 8-12 ABD Doları tutarındadır ve 80-100 kN kesme direnci sağlar . Ahşap blokajlar çarpma sırasında kontrollü bir şekilde bozularak rayın direklerden ayrılmasına ve direkler boyunca kaymasına olanak tanıyarak çarpma bölgesini genişletir. Plastik blokların (yüksek yoğunluklu polietilen) her biri 15-20 dolara mal olur, ancak tuzlu ortamlardaki ahşaptan 2-3 kat daha uzun süre dayanır. Çelik blokların (şekillendirilmiş plaka) her birinin maliyeti 20-25 ABD dolarıdır ve en yüksek mukavemeti sağlar, ancak direğe daha fazla darbe yükü aktararak küçük darbelerden sonra post değiştirme oranlarını artırır.

Buz çözücü tuz bulunan ortamlarda (kuzey iklimleri, dağ geçitleri), ahşap blokajlardan kaçının. Ahşap, tuz yüklü nemi emer ve 5-7 yıl içinde çürür, bu da cıvataların gevşemesine ve korkuluk sisteminin mukavemetinin %40-50 oranında azalmasına neden olur. . Tuz bölgelerinde, minimum UV stabilizatör içeriğine sahip plastik blokajları belirtin. Çöl ortamlarında (düşük nem, yüksek UV), ahşap blokajlar 8-10 yıl sonra çatlayarak ve parçalanarak başarısız olur; plastik veya çelik belirtin. Tüm blokajlar, her iki tarafta 50 mm'lik kare pullara sahip 16 mm'lik geçmeli cıvatalar gerektirir; Küçük boyutlu rondelalar (40 mm'nin altındaki yuvarlak rondelalar) çarpma sırasında rayı çekerek korkuluk arızasına neden olur.

Terminal Bölümleri: Son İşlemler ve Çarpma Yastıkları

Bir korkuluğun sonu, uygun şekilde sonlandırılmadığı sürece tehlike oluşturur. Sonlandırılmamış korkuluk uçları (kör veya sabitlenmemiş) korkulukla ilgili ölümlerin %30-40'ına neden olur , tipik olarak bir araç açıktaki uca çarptığında ve ray yolcu bölmesine girdiğinde. Tüm terminal bölümleri MASH testinden geçmiş son işlemler olmalıdır. İki tip hakimdir: kontrollü ekstrüzyon yoluyla çarpışan araçları yavaşlatan genişlemiş enerji soğurucu terminaller (FLEAT veya benzeri) ve rayın 15-20 metreden fazla bir toprak dolguya doğru inceltildiği arka eğime gömülü terminaller.

FLEAT terminallerinin maliyeti uç başına 1.500-2.500 ABD dolarıdır ve 10-15 metrelik genişletilmiş ray hizalaması gerektirir. Darbenin her iki yönden de meydana gelebileceği refüj bariyerleri için çarpma yastıkları (yönlendirici veya yönlendirmesiz) gereklidir . Dar refüjler için (genişliği 10 m'nin altında), her refüj bariyerinin her iki ucunda bir TL-3 çarpma yastığı belirtin. Çarpma yastıklarının her birinin maliyeti 3.000-8.000 ABD dolarıdır, ancak darbe şiddetini kör bir terminalle karşılaştırıldığında %60-80 oranında azaltır. Düşük hızlı yollar için (<60 km/saat), gömülü terminal bölümü olan basit uç ankrajlar kabul edilebilir ancak ray ucunu açığa çıkaran dolgu erozyonu açısından yıllık olarak kontrol edilmelidir.

Köprü Geçişleri ve Yaklaşma Korkulukları

Yaklaşma korkuluğu ile köprü rayı arasındaki arayüz karayolu bariyer sistemlerinde bilinen bir zayıf noktadır. Çarpışma verileri, korkuluk geçişlerinin %25-30'unun köprü rayı geçişlerinin 10 metre yakınında gerçekleştiğini göstermektedir Yarı sert korkuluk (esnek) ile sert köprü rayı (beton veya çelik) arasındaki sertlik uyumsuzluğu nedeniyle. Uygun bir geçiş bölümü, güçlendirilmiş direkler, üç kirişli ray veya iç içe W-kirişler kullanılarak sistem sertliğini kademeli olarak 6-12 metreye kadar arttırmalıdır. Köprü sahibi tarafından onaylanan ve yaklaşma korkuluğuyla aynı TL seviyesinde çarpışma testine tabi tutulan geçiş donanımını belirtin.

Kritik boyut: yaklaşma korkuluğu köprü rayıyla 15 mm sapma dahilinde dikey ve yatay olarak hizalanmalıdır . 25 mm'yi aşan yanlış hizalama, araç tekerleklerini yakalayan bir engel noktası oluşturur. Kurulumdan önce hem yaklaşma eğimini hem de köprü rayının yüksekliğini araştırın; Yaklaşma korkuluğu direklerinin yüksekliklerini ayarlayın ve gerektiği şekilde tesviyeyi doldurun. Kurulumdan sonra, geçiş boyunca yerleştirilen 3 m'lik bir düz kenarla hizalamayı doğrulayın; 10 mm'yi aşan herhangi bir boşluk, pullama veya yeniden kurulum gerektirir.

Temiz Bölge Mesafesi ve Korkuluk Yerleşimi

Temiz bölge, gidilen yolun ötesindeki engelsiz alandır. AASHTO Yeşil Kitabı, korkuluğun temiz bölge sınırına yerleştirilmesi gerektiğini, karayoluna keyfi olarak yakın olmaması gerektiğini belirtir. 2:1 yan eğime sahip 110 km/saatlik bir otoyol için önerilen temiz bölge genişliği 7-10 metredir. . Korkulukların temiz bölge genişliğinden daha yakına yerleştirilmesi aracın çarpma sıklığını ve şiddetini artırır. Tersine, korkulukların temiz bölgenin ötesine yerleştirilmesi tehlikeleri korumasız bırakır.

Gidilen yolun kenarından korkuluk yüzüne kadar ölçülmüştür: bariyer çarpmasından önce aracın kurtarılmasına olanak sağlamak için minimum ofset 0,6 m'dir, TL-3 bariyerleri için maksimum ofset 2,5 m'dir (2,5 m'nin ötesinde, korkuluğa tasarım sınırlarını aşan bir açıyla çarpılabilir) . 0,6 m'nin altındaki ofsetler için (köprü yaklaşımları veya kısıtlı kentsel koridorlar için tipik), daha dik etkili darbe açısını telafi etmek amacıyla daha yüksek bir TL seviyesi (TL-3 yerine TL-4) belirtin. 2,5 m'nin üzerindeki uzaklıklar için direk aralığını artırın veya temiz alan engellenmemişse bariyer oluşturmamayı düşünün.

Galvanizleme ve Korozyona Karşı Koruma Standartları

Yol korkuluğu sistemindeki tüm çelik bileşenler ASTM A123 veya A653'e göre sıcak daldırma galvanize edilmelidir. Kıyı dışı ortamlarda korkuluk için minimum kaplama ağırlığı 550 g/m²'dir (G185), ilk korozyona kadar 25-30 yıl sağlar . Kıyı ortamlarında (tuzlu suya 1,6 km mesafede) veya yoğun buz çözücü tuz uygulamasının olduğu bölgelerde (yıllık tuz kullanımı şerit-km başına >10 ton), 700 g/m² (G235) kaplama veya dubleks kaplama (galvanizleme artı toz boya) belirtin. Toz kaplama, metre başına 2-4 dolar ekler ancak zorlu ortamlarda hizmet ömrünü 40 yıla kadar uzatır.

Galvanizli korkulukların sahada kesilmesi (örn. saha koşullarına uyacak şekilde rayların kısaltılması) kesilen kenarlardaki kaplamaya zarar verir. Tüm kesici kenarlar, kesimden sonraki 24 saat içinde soğuk galvanizleme bileşiği (ağırlıkça minimum %95 çinko tozu) ile saha kaplanmalıdır. . Kaplamasız kesici kenarlar sağlam galvanizlemeye göre 5-10 kat daha fazla paslanır ve tuzlu ortamlarda yılda 0,2-0,5 mm kesit kaybına yol açar. 5 yıl içinde kaplanmamış bir kesme kenarı, ray kalınlığını 3,4 mm'den 2,0 mm'nin altına düşürebilir ve darbe kapasitesinin %40-50'sini kaybedebilir.

Bakım ve Darbe Sonrası Onarım

Yol korkuluk sistemleri her 6-12 ayda bir muayene gerektirir ve bariyere zarar veren herhangi bir darbe durumunda derhal onarılır. Onarım gerektiren genel hasar: Tasarım hizasından 300 mm'yi aşan ray sapması, dikeyden 15 dereceyi aşan direk eğimi, 10 mm'den fazla ayrılmış ray ek yerleri veya alan kaplamasız herhangi bir açıkta kalan kesme kenarı . 3 TL-W-kiriş için onarım maliyeti direk başına ortalama 150-250$ ve 4m ray bölümü başına 80-120$'dır. Gecikmeli onarım bileşiği: Tek bir hasarlı direk, bitişik direk kapasitesini %30-40 oranında azaltır, bu da bir sonraki darbenin bariyeri delme olasılığını 3-5 kat artırır.

Darbe sonrası değiştirme protokolü: gözle görülür çatlama, dikeyden 10 dereceden fazla bükülme veya sıyrılma (25 mm veya daha fazla dikey hareket) olan tüm direkleri çıkarın ve değiştirin . Bükülmüş direkleri düzeltmeye çalışmayın; soğuk düzeltme, iş sertleşmesi nedeniyle çelik mukavemetini %30-50 oranında azaltır. Ray bölümleri için, gözle görülür çatlama, cıvata çekilmesinden kaynaklanan delikler veya 50 mm'yi aşan kalıcı deformasyon (plastik deformasyon) olan tüm bölümleri değiştirin. Galvaniz kaplamayı delmeyen küçük ezikler veya çizikler kalabilir. Gelecekte referans olması ve sorumluluk koruması için tüm onarımları GPS koordinatları ve dijital fotoğraflarla belgeleyin.

Refüj Bariyerleri ve Yol Kenarı Korkulukları

Refüj bariyerleri (karşılıklı trafik şeritleri arasına monte edilir), yol kenarı korkuluklarından farklı tasarım gereksinimlerine sahiptir. Refüj bariyerleri her iki yönden de çarpışmaya dayanıklı olmalı ve simetrik veya çift yönlü tasarımlar gerektirmelidir. . Standart W-kirişli korkuluk çift yönlü değildir; ray profilinin güçlü bir tarafı (trafiğe bakan) ve zayıf tarafı vardır. W-kirişini geriye doğru takmak darbe kapasitesini %60-70 oranında azaltır. Refüjler için aşağıdakilerden birini belirtin: (a) simetrik kesitli üç kirişli, (b) TL-4 uygulamaları için beton refüj bariyerleri (Jersey veya F şeklinde), veya (c) geniş refüjler için kablolu refüj bariyerleri (>15 m).

Kablo refüj bariyerleri (500-700 mm aralıklı üç veya dört çelik kablo), yüksek hızlı otoyollardaki geniş refüjler için en uygun maliyetli çözümdür. Kablo bariyerlerinin maliyeti metre başına 30-50 ABD Doları iken beton veya üç kirişli için metre başına 100-150 ABD Doları ve hatalı araçlar için daha düşük darbe şiddetine (daha az yavaşlama) sahiptir. Ancak kablo bariyerler 8-10 metre çalışma genişliği gerektirir ve 12 metrenin altındaki refüjler için uygun değildir. Dar refüjlerde (4-10 m), ölümcül ters yöndeki çarpışmaların %40'ına karşılık gelen çapraz refüj geçişini önlemek için beton bariyerler gereklidir.

Özel Uygulamalar: Köprüler, Menfezler ve Kaya Düşmeleri

Köprüler ve menfezler, korkuluk kurulumunda benzersiz zorluklar yaratır çünkü direkler yapı içerisinden geçirilemez. Köprüler için korkuluk direkleri, betona 150-200 mm gömülü ankraj cıvataları kullanılarak köprü tabliyesine veya parapetine cıvatalanır. . Her direk, epoksi harçlı dört adet 19 mm çapında ankraj cıvatası gerektirir; Ankraj cıvatası başına çekme kapasitesi 25 kN'yi geçmelidir. Sonradan çakılmayı önleyen menfezler (yolun altına gömülü) için, menfezin her iki tarafına 1,5 m derinlikte dökülen beton temelleri ve korkuluk direklerinin taban plakaları kullanılarak beton temellere monte edilmesini belirtin.

Kaya düşmesine karşı koruma alanları, düşen kayaları tutmak için bariyerin üzerine monte edilmiş yakalama ağları veya perdeleri olan korkuluk sistemleri gerektirir. Standart yol korkuluğu kaya düşmesine karşı minimum koruma sağlar; çapı 300 mm'den büyük kayalar rayın üzerinden geçecektir . Kaya düşmesi bölgeleri için (yol kesimleri, kanyon otoyolları), 3-4 m uzunluğunda direkler ve rayın üzerine uzanan kablo ağları ile kaya düşmesi bariyerleri (AASHTO MASH kaya düşmesi TL-3 veya TL-4) belirleyin. Bu sistemler metre başına 300-500 ABD Doları tutarında bir maliyete sahiptir ancak standart ROR çarpışmalarından 4 kat daha yüksek ölüm oranına sahip olan yıkıcı kaya kaynaklı çarpışmaları önler.

Boyuna Mukavemet ve Ray Ekleme Tasarımı

Korkuluk sistemleri, çarpma sırasında rayın fermuarının açılmasını (ayrılmasını) önlemek için ray ek yerleri boyunca uzunlamasına mukavemeti korumalıdır. W-kirişli ray bağlantılarında 125 mm bağlantı plakalı dört cıvata (ray ucu başına iki adet) kullanılır 250 mm üst üste bindirilmiş. Cıvata tork spesifikasyonu: 16 mm galvanizli cıvatalar için 80-100 Nm; Düşük torklu cıvatalar (60 Nm'nin altında) bağlantıların kaymasına izin verir, boyuna mukavemeti %40-50 azaltır ve çarpma sırasında rayın üst üste binmesine neden olur. Aşırı torklu cıvatalar (120 Nm'nin üzerinde), dişlerin soyulması veya rayı deforme ederek gerilim yoğunlaşmalarına neden olabilir.

Üç ışınlı ve TL-4 uygulamaları için, ekleme plakaları düz plakalar değil, rayla eşleşen üç kirişli profil olmalıdır . Üç kiriş üzerindeki düz plaka eklemeleri mukavemeti %35-40 oranında azaltır ve çarpışma testlerinde başarısız olur. Ray bölümleri kademeli eklemelerle döşenmelidir: hiçbir iki bitişik dikmenin aynı uzunlamasına konumda eklemeleri olmamalıdır. Şaşırtma, rayın fermuarının açılabileceği sürekli bir zayıf çizgi oluşturmasını önler. Maksimum ray ek yeri ofseti 1,5 m'dir; Bir direk konumunda meydana gelen herhangi bir ekleme (ekleme merkez hattı, direk merkez hattından 300 mm dahilinde) ek bir 250 mm'lik ekleme plakası ile ekleme takviyesi gerektirir.