隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國(guó)的民用汽車(chē)保有量明顯增多，導(dǎo)致交通事故頻繁發(fā)生，死亡人數(shù)居高不下。高速公路是主要的行駛道路，也是事故多發(fā)路段，其護(hù)欄作為保護(hù)車(chē)輛行駛的設(shè)施決定著道路的安全性。本文研究了護(hù)欄的作用原理，了解護(hù)欄如何將車(chē)輛動(dòng)能轉(zhuǎn)化為自身塑性變形能，并利用物理原理計(jì)算出了相關(guān)的塑性耗能。本文分析表明，目前高速公路護(hù)欄還不能在車(chē)輛發(fā)生意外時(shí)完全滿足車(chē)輛安全的要求。隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，護(hù)欄材料面臨更高的安全要求，并會(huì)得到不斷的改進(jìn)。

　　高速公路是我國(guó)重要的交通設(shè)施。近幾年來(lái)，高速公路的建設(shè)迅猛發(fā)展，因此高速公路的安全尤為重要。護(hù)欄作為高速公路安全的重要設(shè)施，其選材及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接涉及到它所能夠提供的安全保障作用。

　　改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平有明顯上升。與此同時(shí)，我國(guó)的民用汽車(chē)保有量也迅猛上升。進(jìn)入21世紀(jì)后，我國(guó)民用汽車(chē)保有量的增長(zhǎng)率明顯加快，2004年已達(dá)到2700萬(wàn)輛以上。而1994年卻不足千萬(wàn)輛。按照這樣的發(fā)展速度，預(yù)計(jì)到2020年中國(guó)汽車(chē)保有量有可能超過(guò)1億輛。隨著車(chē)輛的增多，交通事故的發(fā)生也愈加頻繁。我國(guó)每年交通事故死亡人數(shù)已經(jīng)由1950年的幾百人到2004年超過(guò)十萬(wàn)。面臨這樣的趨勢(shì)，人們迫切希望增強(qiáng)道路行駛的安全性。尤其是當(dāng)車(chē)輛面臨緊急情況而躲閃、失控沖出道路，導(dǎo)致事故不可避免地發(fā)生時(shí)，道路保護(hù)設(shè)施的安全性至關(guān)重要。金屬護(hù)欄雖然不能減少事故的發(fā)生，但可以大大減少事故引起的人員傷亡。

　　1．護(hù)欄發(fā)揮安全作用的原理

　　高速行駛的車(chē)輛具有很大的動(dòng)能。當(dāng)出現(xiàn)緊急狀況，車(chē)輛會(huì)出于躲閃、失控等原因沖向護(hù)欄。此時(shí)護(hù)欄的作用便是避免發(fā)生車(chē)輛劇烈沖撞和人員傷亡。設(shè)想一輛汽車(chē)高速撞向一堵鋼筋混凝土墻，車(chē)會(huì)在瞬時(shí)間停止，與此同時(shí)，其巨大的動(dòng)能會(huì)大部分轉(zhuǎn)化為破壞車(chē)輛的能量，導(dǎo)致很大的損傷。如果將鋼筋水泥墻換為一堵類(lèi)似于硬橡膠般的金屬墻，則車(chē)輛減速的過(guò)程會(huì)得到大幅減緩，其大部分動(dòng)能會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘偎苄宰冃蔚哪芰慷恢鸩较牡簦瑥亩鴾p少了對(duì)車(chē)輛和人員造成的損毀。高速公路的金屬護(hù)欄就是發(fā)揮這種緩沖作用的安全設(shè)施。

　　當(dāng)金屬護(hù)欄在一臨界外力Fs作用下發(fā)生塑性變形時(shí)，其屈服強(qiáng)度δs 為Fs／As，其中As是開(kāi)始發(fā)生塑性變形時(shí)護(hù)欄的截面積。當(dāng)外力繼續(xù)增大達(dá)到一極限值Fe時(shí)，護(hù)欄便會(huì)斷裂；護(hù)欄斷裂時(shí)的應(yīng)力則稱(chēng)為抗拉強(qiáng)度δ b，且有為Fb／Ab，其中Ab是護(hù)欄斷裂時(shí)的截面積。設(shè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)s的護(hù)欄材料在外力作用下發(fā)生塑性延伸變形直至Lb時(shí)斷裂，此時(shí)護(hù)欄的塑性總延伸率δ為δ= (Lb—Ls)/Ls=△Ls／Ls。

　　2．護(hù)欄鋼板的安全設(shè)計(jì)

　　車(chē)輛的動(dòng)能與其質(zhì)量和速度有關(guān)。表1給出了目前常見(jiàn)的小型轎車(chē)的車(chē)型、質(zhì)量以及時(shí)速分別在80km和120km時(shí)所具有的動(dòng)能。這些小轎車(chē)的質(zhì)量大致相等，車(chē)輛所能達(dá)到的時(shí)速是決定車(chē)輛的動(dòng)能的主要因素。

　　3．結(jié)語(yǔ)

　　隨著經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展，高速公路上將會(huì)出現(xiàn)大型、重載、高速的汽車(chē)，它們將對(duì)護(hù)欄安全性有更高的要求。目前的護(hù)欄鋼板顯然尚不能夠滿足要求，其安全技術(shù)指標(biāo)還有待進(jìn)一步的改進(jìn)與提高，相關(guān)的問(wèn)題也需要人們不斷地研究與開(kāi)發(fā)。