W型梁柱高速公路防撞安全屏障结构

　　日常做交通配套设施结构建模时，这类W型梁柱组合的高速安全屏障是很常见的落地构件，很多刚接触交通设施建模的工程师容易把它简化成一块折弯钢板加立柱的简单装配，实际落地要考虑的边界条件比想象中多很多。先从应用场景说，这类屏障主要布设在高速公路路侧、中央分隔带位置，部分临崖、急弯、高填方路段也会加密布设，核心作用是车辆失控碰撞时通过自身结构变形吸收碰撞能量，同时阻挡车辆冲出行驶区域，避免更严重的二次事故，还要兼顾碰撞后车辆的行驶轨迹导正，不会让车辆直接横转或者翻覆。

　　从结构功能特性来看，W型的梁板截面不是随便做的折弯造型，连续的凹凸波形结构在受横向冲击时，能顺着波纹方向逐步延展变形，不会像平板那样一撞就直接断裂，波纹的凸起棱线还能提升梁板整体的抗弯截面模量，同等板材厚度下，W型截面的抗弯折能力比平直钢板高40%以上，而且板材之间拼接时，波形结构能自然形成定位止口，现场安装不用额外做复杂的对位工装，相邻梁板搭接后螺栓穿装的同轴度更容易保证。立柱部分采用的是等截面矩形或者C型冷弯型材，和梁板之间不是刚性锁死连接，而是通过防阻块或者连接托架做半柔性衔接，碰撞发生时连接位置会先产生可控的位移变形，卸掉一部分瞬间冲击力，避免冲击力直接传导到立柱根部把路基处的固定结构整体扯坏。

　　做这个结构的三维建模时，首先要卡准安装边界的尺寸，常规路段的梁板安装中心高度距离路面压实层是75cm左右，这个高度是结合普通家用车、货运车辆的保险杠碰撞高度反复验证过的，太高或者太低都会让碰撞时的受力点偏移，起不到很好的防护效果。立柱的打入深度根据路基填料不同有区别，软土路段一般要打入路基1.2m以上，石质路段可以采用混凝土预埋的方式，预埋深度不小于40cm，建模时要把立柱底部的安装预留段做出来，方便现场施工时根据实际路基情况做裁切调整。梁板的单节长度常规是4.3m，相邻两节梁板的搭接方向要顺着行车方向，避免车辆轮胎刮到搭接缝隙，建模时要把搭接段的螺栓孔位做成长圆孔，预留安装时的温度变形余量，毕竟户外温差大，钢材热胀冷缩的量如果没有释放间隙，夏季高温时梁板会起拱变形，冬季低温时拉裂焊缝或者螺栓孔。

　　设计思路上，整个结构优先考虑的是“韧性”而不是绝对的刚性，很多新手做设计时会把梁板和立柱都做的特别厚，觉得越结实越好，实际上过硬的结构碰撞时不会吸能，瞬间的冲击力会直接传递到车辆上，对车内人员造成更大的伤害，所以板材厚度一般控制在3mm到4mm之间，立柱壁厚在4mm左右，通过结构造型来提升强度，而不是单纯堆料。另外还要考虑后期维护的便利性，单个梁板或者立柱被撞损坏后，可以单独拆卸更换，不用整段拆除屏障，连接用的螺栓都是标准的高速公路防护专用防盗螺栓，外露的螺纹部分要做热镀锌防腐处理，建模时要把螺栓的防松垫圈、防盗帽的装配位置都预留出来，不要出现装配干涉。

　　细节上，梁板的边缘都做了15mm左右的折边处理，一方面是提升板材边缘的刚度，避免边缘受撞后出现尖锐的毛边划伤事故人员，另一方面折边后整个梁板的截面抗扭能力会提升不少，运输过程中不容易出现扭曲变形。立柱和路基连接的位置，要做混凝土基础的预留安装面，建模时不要把立柱直接和地面做刚性约束，要留出基础浇筑的空间尺寸，方便施工人员做现场适配。整个装配体的配合间隙要控制在2mm以内，毕竟是户外露天使用的构件，间隙太大容易积存雨水，加速构件的锈蚀，也会让车辆碰撞时出现额外的异响和晃动。很多人做这类模型时容易忽略连接托架的弧度，实际上托架和W型梁板的接触面是完全贴合波形的，不是平面接触，这样碰撞时受力能均匀分散到整个梁板截面上，不会出现局部应力集中把梁板扯裂的情况。