Hvilken last kan en brokollisionsbarriere bære?

Statisk belastningskapacitet for brokollisionsbarrierer angiver simpelthen, hvad de kan klare, når alt er perfekt. Når en faktisk kollision sker, er alt anderledes på grund af de forskellige typer spændinger og belastninger, der opstår, og som ændrer virkningen og spændingsfordelingen på den bærende konstruktion. Når en bil kolliderer med en brokollisionsbarriere, vil bilen skabe en topbelastning, der er 3–5 gange større end den belastning, der er angivet i de statiske belastningsværdier. Topbelastningen skyldes bilens hastighed, masse og indfaldsvinkel. Kollisionsbetonbarrierer er designet til at absorbere kollisionsenergi. Dette sker ved, at barrieren knuses på forhånd definerede og forudsigelige måder. Ingen statisk test vil nogensinde vise dette. Selvom en barriere opfylder kravene til kN (kilonewton), kan barrierer alligevel kollapse ved en kollision. Barrierer kollapser, når de rammes af fuldt lastede og ekstremt tunge lastbiler (over 36 ton). Derfor er kollistestdata mere vigtige for ingeniører end vilkårlige tal i specifikationerne. Dette er den egentlige værdi af testdata: De fortæller dig, hvor sikker konstruktionen faktisk er.

Dynamisk justeringsfaktor for metrisk anvendelse
Øjeblikkelig kraft ved maksimal stød påvirkning: 3,5 × statisk kapacitet
ESF-designækvivalens: 1:1-statisk sammenligning
Residual belastning efter stød – strukturel integritet ≤70 % af oprindelig kapacitet

Denne ramme sikrer, at barriererne bibeholder deres funktionsevne efter stødet, og at designet absorberer den krævede stødeenergi. Den faktiske ydeevne afhænger dog af armeringen, betonkvaliteten og fundamenteringsankringen.

Kollisionsteststandarder for brokollisionsbarrierers ydeevne

MASH-2016 TL-4-standarder for modstandsdygtighed mod tung køretøjskollision

Kollisionsbarrierer på broer er reguleret af MASH-2016 TL-4-standarden, hvilket gør dem i stand til at absorbere stødd fra køretøjer på 36.000 kg, der kører med 80 km/t. Hvad adskiller TL-4 fra almindelige tests? I modsætning til almindelige tests udfører TL-4 kollisionsprøver ved flere indfaldsvinkler, herunder én, hvor et køretøj rammer barrieren med en vinkel på 15 grader fra midten. Barrierer skal være i stand til at indeholde og omlede køretøjer, holde passagerkrafterne på 20 g eller mindre, samt forhindre væltning, gennemtrængning af barrieren og frigivelse af farlig fragmentering. Nyeste sikkerhedsundersøgelser udført af Federal Highway Administration i 2023 viste, at broer med disse certificerede barrierer har næsten 50 procent færre dødelige udkørselsulykker sammenlignet med broer, der ikke opfylder MASH-2016 TL-4-standarderne.

Hvordan fuldskala-testning implementerer realistisk belastningsabsorption

Realtidsprøvning bruger kollisionsprøvning til at analysere og måle energioverførslen gennem indbyggede sensorer under en kollision med en 15.000 kg traktor-med-anhænger, der kører med 90 km/t. Sensorerne måler og registrerer den energi, som barriererne absorberer under prøvningen. Nogle af de validerede ydeevnekrav er:

Deformationsmønstre

Betonbarrierer skal opretholde betonens struktur og samtidig begrænse betontabet til mindre end 10 % ved knusning af betonen.

Belastningsfordeling

Mindst 85 % af stødkraften skal overføres gennem korrekt forankrede fundamentssystemer.

Decelerationsmålinger:

Konstruktionerne skal være designet til at forhindre kollaps ved at begrænse den maksimale målte kraft til mindre end 250 kN for at undgå katastrofal svigt.

Prøvningen af betonbarriererne demonstrerer barrierernes reelle evne til at absorbere energi ved stød på 740 kJ, svarende til den kinetiske energi af en tung lastbil, der kører med motorvejshastighed.

Denne artikel fokuserer på virkningerne af kollisionsbarrierer for broer på konstruktioner. Artiklen fokuserer på fordelingen af laststier og energiabsorption samt på, hvordan barrierer påvirker konstruktioner.

Når barrierer rammes, ledes stødkraften ind i laststier, der er designet til at bevare brokomponenter. De dissiperer også op til 70 % af energien fra mikrorevner og plastisk deformation, hvilket gør det muligt for barrierer at begrænse tilstandsændringer i pille eller skodder som følge af stødet. Dette sker gennem vertikale, longitudinale og dissipative mekanismer.

Longitudinale mekanismer udnytter energien langs barrierens længde, mens vertikale mekanismer fokuserer energien nedad i den dybe fundamentering. Dissipative mekanismer leverer også offerkomponenter, der deformeres på en forudbestemt måde.

Forskning beviser, at beton er det mest fordelagtige materiale ved sammenstød. Sammenstød med korrekt armerede barrierer reducerer maksimalbelastningen ved sammenstød med 40–60 % i forhold til den belastning, der forudsiges af teorierne om sammenstødsbelastning. Den strukturelle respons er resultatet af en afbalanceret, kalibreret sprødhed samt en hindring af lokal kraftkoncentration. Den skyldes behovet for at opnå en balance, der sikrer tilstrækkelig kraftkoncentration til et sikkert sammenstød.

Praktisk anvendelse og regulering af lastværdier

Vi har en regel, der fastslår: «Barrierer skal fungere og ikke bare se gode ud på papiret med lastklassificeringer». Dette er grunden til, at reglerne kræver, at barrierer gennemgår reelle kollisionsprøver, og MASH-2016 er én af de standarder, de skal overholde. I tilfælde af virksomheder, der ikke overholder reglerne, risikerer de arbejdsstansordrer, retssager og skader, som kunne have været forhindret. Ingeniører gennemgår designprocesserne og skal udføre ESF-beregninger, som de fleste af os er fortrolige med. Derefter udsættes byggeholdene for en række inspektioner for at sikre, at arbejdet udføres korrekt – for eksempel anker, ankerdybden, ankerplaceringen, betonstøbningen osv. Dette er én af årsagerne til, at betonprøver og ankerprøver udføres kvartalsvis, og inspektører foretager og opbevarer optegnelser for at kunne afgøre, HVORFOR noget fejlede efter en hændelse. Alle disse processer i fællesskab skaber et flerlaget sikkerhedsnet, hvori MASH-2016-kompatible barrierer efter afsluttet test garanteres at fungere under reelle forhold ved en hændelse i stedet for blot at opfylde udbudskriterierne.

Ofte stillede spørgsmål

Hvad er forskellen mellem statiske lastvurderinger og tests i den virkelige verden?

Statisk lastvurdering udføres i kontrollerede miljøer. Tests i den virkelige verden omhandler kørende køretøjer og dynamikken herunder vægt, hastighed og indfaldsvinkel ved sammenstød, hvilket alle tages i betragtning under et kollisionstest.

Hvorfor er ESF vigtig?

ESF står for Ækvivalent Statisk Kraft. Den omregner stødkraften til statiske lastvilkår. Dette hjælper ingeniører med at fastslå, hvor stærk en kollisionsbarriere skal være for at modstå kræfterne fra et sammenstød.

Hvad testes der efter MASH-2016 TL-4-standard?

MASH-2016 TL-4-standarden tester barrierer, der er designet til at absorbere stød fra store køretøjer i forskellige vinkler for at efterligne reelle kollisionssituationer. Den tester, om en barriere kan omlede en stor lastbil uden at øge risikoen i scenariet.

Hvordan fungerer energiabsorberende barrierer?

Energiabsorberende barrierer virker ved mikrorevner og plastisk deformation for at absorbere energi. Dette omdirigerer stødet mod barrieren langs forudbestemte laststier, så de kritiske komponenter i en bro spares.