EN
Статические значения нагрузки для барьеров, предотвращающих наезд на мосты, просто указывают на то, с какой нагрузкой они способны справиться в идеальных условиях. При реальном столкновении всё происходит иначе из-за различных типов напряжений и нагрузок, возникающих в момент удара, что приводит к изменению распределения ударных нагрузок и напряжений по конструктивному элементу. Когда автомобиль сталкивается с барьером, предотвращающим наезд на мост, он создаёт пиковую нагрузку, в 3–5 раз превышающую значение, указанное в статических характеристиках нагрузки. Пиковая нагрузка определяется скоростью автомобиля, его массой и углом удара. Бетонные барьеры, предназначенные для предотвращения наезда, спроектированы так, чтобы поглощать энергию удара. Для этого они разрушаются заранее заданным и предсказуемым образом. Ни один статический тест не может продемонстрировать это поведение. Даже если барьер соответствует требованиям по величине нагрузки в кН (килоньютонах), при реальном столкновении он всё равно может обрушиться. Обрушение происходит при ударе полностью загруженного и чрезвычайно тяжёлого грузовика (массой свыше 36 тонн). Именно поэтому данные краш-тестов имеют для инженеров гораздо большее значение, чем произвольные цифры, приведённые в технических спецификациях. В этом и заключается истинная ценность испытательных данных: они показывают, насколько безопасна конструкция в действительности.
Динамический коэффициент коррекции для метрического применения
Мгновенная сила удара при максимальном воздействии в 3,5 раза превышает статическую нагрузку
Эквивалентность проектирования по методу ESF: статическое сравнение в соотношении 1:1
Остаточная несущая способность конструкции после удара ≤ 70 % от исходной несущей способности
Эта концепция обеспечивает сохранение барьерами своих функций после удара, а конструкция поглощает требуемую энергию удара. Однако фактические характеристики зависят от армирования, качества бетона и анкерного крепления к фундаменту.
Стандарты краш-тестов для оценки эффективности барьеров против столкновений на мостах
Стандарты MASH-2016 уровня TL-4 для устойчивости к удару тяжёлыми транспортными средствами
Барьеры безопасности на мостах регулируются стандартом MASH-2016 TL-4, который обеспечивает их способность выдерживать удары транспортных средств массой 36 000 кг, движущихся со скоростью 80 км/ч. Чем TL-4 отличается от стандартных испытаний? В отличие от стандартных испытаний, при TL-4 проводятся краш-тесты под несколькими углами удара, включая тест, при котором транспортное средство сталкивается с барьером под углом 15 градусов относительно центра. Барьеры должны удерживать и перенаправлять транспортные средства, ограничивать перегрузку для пассажиров уровнем не более 20g, а также предотвращать опрокидывание, проникновение транспортного средства сквозь барьер и разлет опасных обломков. Недавние исследования по безопасности, проведённые Федеральным управлением автомобильных дорог в 2023 году, показали, что на мостах с такими сертифицированными барьерами количество смертельных аварий с выездом за пределы проезжей части почти на 50 % ниже по сравнению с мостами, не соответствующими стандарту MASH-2016 TL-4.
Как полномасштабные испытания обеспечивают поглощение нагрузок в реальных условиях
Испытания в реальных условиях используют краш-тесты для анализа и измерения передачи энергии с помощью встроенных датчиков при столкновении тягача с полуприцепом массой 15 000 кг, движущегося со скоростью 90 км/ч. Датчики измеряют и фиксируют энергию, поглощённую барьерами в ходе испытаний. Некоторые из подтверждённых критериев эффективности:
Характер деформации
Бетонные барьеры должны сохранять целостность бетонной конструкции, а также ограничивать потери бетона менее чем на 10 % при его дроблении.
Распределение нагрузки
Не менее 85 % ударной силы должно передаваться через правильно закреплённые фундаментные системы.
Показатели замедления:
Конструкции должны быть спроектированы таким образом, чтобы предотвратить их обрушение за счёт контроля пиковой измеренной силы на уровне менее 250 кН для исключения катастрофического разрушения.
Испытания бетонных барьеров демонстрируют их реальную способность поглощать энергию при ударах величиной 740 кДж — такую же энергию имеет кинетическая энергия тяжёлого грузовика, движущегося по автомагистрали со скоростью, допустимой для движения.
В данной статье рассматриваются последствия столкновений мостовых защитных барьеров с конструкциями. В статье основное внимание уделено распределению нагрузочного пути и поглощению энергии, а также тому, как барьеры влияют на конструкции.
При ударе барьеры направляют энергию удара по нагрузочным путям, спроектированным таким образом, чтобы сохранить элементы моста. Кроме того, они рассеивают до 70 % энергии, вызванной микротрещинами и пластической деформацией, что позволяет барьерам предотвратить передачу состояния удара на опоры или устои моста. Это достигается за счёт вертикальных, продольных и диссипативных механизмов.
Продольный механизм распределяет энергию вдоль длины барьера, тогда как вертикальный — фокусирует энергию вниз, в глубокий фундамент. Диссипативные механизмы также предусматривают наличие жертвенных компонентов, деформирующихся по заранее заданному сценарию.
Исследования подтверждают, что бетон является наиболее эффективным материалом при ударных воздействиях. Ударные воздействия на правильно армированные барьеры снижают пиковую ударную нагрузку на 40–60 % по сравнению с величиной, предсказываемой теориями ударной нагрузки. Структурный отклик обусловлен сбалансированной калиброванной хрупкостью и препятствованием локальной концентрации силы. Он является следствием необходимости обеспечить баланс между достаточной концентрацией силы для безопасного поглощения удара и другими эксплуатационными требованиями.
Практическое применение и нормативно-правовое обеспечение рейтингов нагрузки
У нас существует нормативный акт, в котором указано: «барьеры должны функционировать на практике, а не просто выглядеть надёжными на бумаге с указанием расчётных нагрузок». Именно поэтому в нормативных документах предписывается проводить реальные краш-тесты барьеров, и один из требуемых стандартов — MASH-2016. Компании, не соблюдающие эти требования, сталкиваются с приостановкой работ, судебными исками и травмами, которые можно было бы предотвратить. Инженеры проходят все этапы проектирования и обязаны выполнять расчёты ЭСФ (эквивалентной силы удара), с которыми большинство из нас знакомы. Затем бригады строителей подвергаются серии проверок, направленных на обеспечение правильности выполнения работ — например, монтажа анкеров, глубины их заделки, точности их расположения, заливки бетона и т.д. Именно поэтому испытания бетона и анкеров проводятся ежеквартально, а инспекторы составляют и хранят соответствующие протоколы, чтобы впоследствии, после возникновения инцидента, установить ПРИЧИНУ произошедшего отказа. Все эти процессы в совокупности формируют многоуровневую систему обеспечения безопасности, благодаря которой барьеры, соответствующие стандарту MASH-2016, гарантированно будут функционировать в реальных условиях аварийной ситуации, а не просто удовлетворять критериям, заявленным в тендере.
Часто задаваемые вопросы
В чем разница между статическими значениями нагрузки и испытаниями в реальных условиях?
Статические значения нагрузки определяются в контролируемых условиях. Испытания в реальных условиях проводятся с движущимися транспортными средствами и учитывают динамические параметры, такие как масса, скорость и угол удара, — все они принимаются во внимание при моделировании аварийной ситуации.
Почему коэффициент эквивалентной статической силы (ESF) важен?
ESF — это эквивалентная статическая сила. Она преобразует энергию удара в термины статической нагрузки. Это помогает инженерам определить, насколько прочной должна быть защитная барьерная конструкция, чтобы выдержать силы удара.
Что проверяется в соответствии со стандартом MASH-2016 TL-4?
Стандарт MASH-2016 TL-4 предусматривает испытания барьеров, предназначенных для поглощения энергии удара крупногабаритных транспортных средств под различными углами, имитирующими аварийные ситуации в реальных условиях. Проверяется способность барьера перенаправить движение крупного грузовика без повышения риска в данной ситуации.
Как работают энергопоглощающие барьеры?
Энергопоглощающие барьеры работают за счёт микротрещинообразования и пластической деформации для поглощения энергии. Это перенаправляет ударную нагрузку на барьер вдоль заранее заданных путей передачи нагрузки, тем самым защищая критически важные компоненты моста.