當(dāng)前高速公路波形護(hù)欄采用的結(jié)構(gòu)形式主要包括雙波或三波波形板、防阻塊以及圓柱型鋼立柱。為提高護(hù)欄在各種不同自然環(huán)境下的使用壽命，必須對(duì)鋼材進(jìn)行防腐處理，除增加了養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)成本外，有些防腐處理還會(huì)產(chǎn)生重金屬污染。此外，護(hù)欄因常規(guī)更換、事故損壞、道路改建替換等原因，每年產(chǎn)生的廢舊護(hù)欄量很大。因廢舊鋼材價(jià)格下降，材料循環(huán)再利用問題也日益突顯。與交通運(yùn)輸部在實(shí)施綠色公路建設(shè)中要求的積極推動(dòng)廢舊材料的循環(huán)再生利用、加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)以及突出全壽命周期成本等指導(dǎo)意見形成尖銳矛盾。

提出將抗腐蝕性好、無需防腐處理的一種新型高強(qiáng)度鋁合金材料用于設(shè)計(jì)波形梁護(hù)欄（以下簡稱新型護(hù)欄），不僅能夠有效避免鋼護(hù)欄防腐污染和再利用率低的不足，而且可以降低護(hù)欄的全壽命周期成本。

以目前國內(nèi)高速公路廣泛使用的三級(jí)波形梁護(hù)欄作為研究對(duì)象，根據(jù)JTG/T D81—2017《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則》確定的防護(hù)等級(jí)為A 級(jí)的波形梁護(hù)欄要求，擬采用的新型高強(qiáng)度鋁合金的強(qiáng)度與鋼材相似，且達(dá)到7 系鋁材的強(qiáng)度值，該護(hù)欄的波形梁板、立柱、托架或防阻塊、加勁肋等構(gòu)件均采用新型高強(qiáng)鋁合金材料制成，僅高強(qiáng)連接螺栓采用鋼制。

采用該材料作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)考慮材料彈性模量較小、材料剛度不足引起的結(jié)構(gòu)變形和穩(wěn)定性問題，考慮鋁合金材料剛度較低問題，通過增大截面的幾何尺寸以彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)剛度不足，控制鋁制護(hù)欄的變形。基于規(guī)范中A 級(jí)三波梁護(hù)欄的結(jié)構(gòu)，在仿真分析中考慮將立柱尺寸增加為Φ140 mm×6 mm，梁板為506 mm×85 mm×5 mm，其結(jié)構(gòu)示意見圖1。

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況分析，分段生產(chǎn)的波形梁護(hù)欄是經(jīng)高強(qiáng)螺栓拼接而成，在碰撞以后發(fā)生剪切斷裂破壞的幾率很小，因此在建模中將波形梁護(hù)欄處理為一整體。建立長度為72 m、立柱間距為4 m 的三波梁護(hù)欄模型，根據(jù)文獻(xiàn)規(guī)定的三級(jí)波形梁護(hù)欄的結(jié)構(gòu)形式，立柱全長2 500 mm，埋入地下深度1 650 mm。相比于護(hù)欄立柱長度，護(hù)欄梁板、立柱等構(gòu)件厚度很小，采用殼單元；考慮護(hù)欄碰撞是大變形問題，為有效提高計(jì)算速度，采用面內(nèi)單點(diǎn)積分。在碰撞產(chǎn)生的動(dòng)力荷載作用下，應(yīng)變率對(duì)護(hù)欄的影響很大，因此模型中護(hù)欄材料選擇24 號(hào)材料。

通過對(duì)新型護(hù)欄的碰撞能力仿真分析，表明該護(hù)欄標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)可達(dá)到現(xiàn)行規(guī)范中的A 級(jí)要求，防護(hù)能力達(dá)到160 kJ。新型高強(qiáng)度鋁合金再利用率和回收剩余價(jià)值較高，能夠有效促進(jìn)廢舊護(hù)欄的循環(huán)使用，節(jié)約資源、降低護(hù)欄的全壽命周期成本；其耐腐蝕強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)能避免防腐處理產(chǎn)生的重金屬污染，為解決安全設(shè)施防銹污染提供一種新思路，可有效促進(jìn)綠色公路在交通安全設(shè)施方面的發(fā)展。