胡科甲

摘要：隨著鋼材在公路工程中大量的應(yīng)用，其材料性能也得到了大幅的提升。目前，在波形梁護欄使用過程中，Q235鋼材已經(jīng)不能滿足目前實際發(fā)展的需求。通過最新鋼材技術(shù)的發(fā)展，高強鋼輕量化波形梁護欄具有良好的應(yīng)用效果和優(yōu)勢。本文針對高強輕量化護欄的實際應(yīng)用和社會經(jīng)濟效益進行了詳細(xì)的分析，希望能夠為高強鋼輕量化波形梁護欄的使用提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：高強鋼;波形梁護欄;效益

波形梁鋼護欄是目前高速公路實施過程當(dāng)中的安全設(shè)施的重要組成部分，在我國廣大公路的運行中起到了關(guān)鍵的作用。在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)下，波形梁護欄主要使用鋼材。為了提升鋼材的強度、等級和性能，需要減輕護欄的整體重量，從而達到節(jié)能減排、降低成本的目的。因此，輕量化的應(yīng)用對于波形梁鋼護欄的良好社會經(jīng)濟效益實現(xiàn)具有重要的作用。本文針對高強鋼輕量化波形梁護欄進行了詳細(xì)的分析。

1現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)下的波形梁鋼護欄應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1我國波形梁鋼護欄的應(yīng)用現(xiàn)狀

經(jīng)過相關(guān)統(tǒng)計，在2015到2021年間，平均我國高速公路年增長量達到了13萬公里。根據(jù)國家對于路網(wǎng)的規(guī)劃，到2035年，國家高速公路將達到16萬公里。因此，波形梁鋼護欄的應(yīng)用量激增，根據(jù)現(xiàn)有狀況的分析，每年至少有超過500噸的用量，因此用鋼量是非常巨大的。

1.2現(xiàn)有鋼護欄的優(yōu)化分析

依據(jù)規(guī)范對于高速公路波形梁鋼護欄的要求，其中規(guī)定其相應(yīng)的力學(xué)、化學(xué)指標(biāo)應(yīng)不低于Q235的相應(yīng)要求。即主要屈服強度應(yīng)大于235MPa。斷后伸長率應(yīng)大于26%。但是該項標(biāo)準(zhǔn)最早提出是在1995年。當(dāng)時的市場主要應(yīng)用Q235鋼材，但是經(jīng)過多年的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)Q235鋼材不論在性能和生產(chǎn)、環(huán)保等空間方面都有一定的限制，已經(jīng)很難適應(yīng)目前的發(fā)展，因此應(yīng)進行逐步的優(yōu)化。

高速公路波形梁鋼護欄主要由梁柱立板、防阻塊、加強梁等結(jié)構(gòu)組成，按照波形梁的寬度分為兩三波的護欄，兩波護欄主要規(guī)格為4320*310*85，立柱的規(guī)格為Φ114。而三波梁板的主要規(guī)格為4320*506*85，立柱的規(guī)格為Φ140。因為耗費了大量的鋼材，不利于節(jié)能減排的應(yīng)用，因此應(yīng)進行輕量化處理。

（3）因材料自重較大導(dǎo)致安裝的問題。4mm的波形梁鋼護欄質(zhì)量可以達到104公斤以上，這樣在安裝時就需要四個施工人員，對于人力物力要求較高，也較為不便捷。

（4）物流運輸成本大。目前在波形梁鋼護欄生產(chǎn)過程中，其主要產(chǎn)自山東、江蘇等省份。在全國各地的應(yīng)用過程中，動輒就需要幾百公里甚至上千公里的運輸。常規(guī)的公路貨運載重量不超過40噸，也給目前的運輸工作帶來了較大的困難。

通過以上的分析，我們可以看出波形梁鋼護欄的輕量化趨勢勢在必行，其可以有效的減少環(huán)境的污染，同時也可以在后期施工的過程中，有效的保證其節(jié)能減排的效果和施工的便捷性。經(jīng)過理論的計算，通過加強鋼的強度有益于提高其整體的安全性，同時提高其生產(chǎn)率，也可以實現(xiàn)安全性能的提升。對于減少鋼材的使用，減少汽車尾氣的排放和人力、物力成本的耗費都具有重要的作用。目前，隨著我國公路建設(shè)的不斷加快。高強度輕量化波形梁護欄的應(yīng)用市場前景廣闊，可以實現(xiàn)良好的社會與經(jīng)濟效益。

2高強鋼輕量化波形梁護欄的技術(shù)特征

目前，傳統(tǒng)梁鋼護欄存在自重較大等方面的問題，中國交通運輸協(xié)會在2020年9月提出了新的高強鋼輕量化波形梁護欄的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在滿足安全性的基礎(chǔ)上，可以通過提高鋼材的強度，適當(dāng)減少護欄的厚度，以減少鋼材的浪費和能耗的增加。這樣不僅可以對其制造和運輸成本方面實現(xiàn)節(jié)約，同時可以有效的提升項目的整體性能。新的標(biāo)準(zhǔn)要求高強鋼輕量化護欄在主要結(jié)構(gòu)是梁板、立柱、橫梁、防阻塊等主要結(jié)構(gòu)的材料，使用高強度鋼力學(xué)和化學(xué)性能如下：屈服度大于700MPa，斷后伸長率應(yīng)大于17%。同時，新標(biāo)準(zhǔn)對波形梁高強度鋼材的尺寸、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格進行了相應(yīng)的規(guī)定。

3波形梁護欄輕量化對比分析

通過對目前高速公路波形梁護欄常用A、SB、SA三種防護等級的鋼材進行分析。通過對新舊標(biāo)準(zhǔn)的材料規(guī)格和質(zhì)量進行了對比可以發(fā)現(xiàn)，原有Q235方案當(dāng)中的鋼材使用為4018噸，輕量化之后使用的高強度鋼材為2530噸，預(yù)計工程可以實現(xiàn)鋼材的節(jié)約1488噸，輕量化率超過了40%。同時，對高強鋼的材料價格分析，其單價為Q235鋼材的1.3倍。如果使用高強度鋼材預(yù)計可以實現(xiàn)材料成本節(jié)約超過600萬，造價降低率達到了20%。以本工程當(dāng)中的護欄總長度82.7公里來看，可以實現(xiàn)明顯的經(jīng)濟效益提升。

4高強鋼輕量化波形防撞欄的優(yōu)勢分析

目前我國已經(jīng)對高強鋼輕質(zhì)護欄進行了相應(yīng)的研究，通過了國家安全設(shè)施質(zhì)量認(rèn)證，目前有五個防護等級，全部可以滿足新團標(biāo)的要求。在吉林、四川、江蘇、廣西等地的高速公路當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用，其與傳統(tǒng)的Q235鋼材相比具有以下優(yōu)勢：

4.1具有更好的性能

與Q235鋼材相比，高強度鋼屈服強度提高了665MPa，抗拉強度提高了375MPa，斷后伸長率降低了9%，因此強度的提高大大提升了鋼護欄的防撞性能。同時斷后伸長率的降低也有效的保證了高強鋼在不同氣候環(huán)境下抗高低溫的能力。

4.2節(jié)能環(huán)保性能優(yōu)良

高強度鋼護欄大大節(jié)約了鋼材的使用，可以實現(xiàn)30%到45%的輕量化率，有效的減少了在鋼材生產(chǎn)過程當(dāng)中的碳排放，對環(huán)境保護做到了很大的支持，有效的實現(xiàn)了節(jié)能減排的效果。同時在運輸過程當(dāng)中的節(jié)約可以有效減少汽車尾氣的排放。

4.3養(yǎng)護施工更加便捷

高強鋼輕量化材料對于后期的養(yǎng)護具有良好的促進作用。有效的解決了目前SB級護欄在鋪裝后不能有效提升的缺點，一定程度上提升了工程施工的便捷性，降低了養(yǎng)護成本。

4.4具有更低的成本

在保證高強度鋼護欄安全性能的前提下，其單位造價更低，安裝效率也更高，因此具有良好的施工技術(shù)經(jīng)濟性。

5輕量化鋼護欄的應(yīng)用效益分析

通過對目前我國公路護欄現(xiàn)狀的分析來看，每年使用的Q235鋼材按普通公路11萬公里計算，每年約需330萬噸鋼材。而高速公路每年8000公里，這就需要每年提供500萬噸的鋼材。如果這樣大量的鋼材使用轉(zhuǎn)化為高強鋼輕量化護欄，即可實現(xiàn)良好的社會與經(jīng)濟效益。對其應(yīng)用效益進行了詳細(xì)的分析，分析結(jié)果如下：

5.1實現(xiàn)了良好的節(jié)能減排效果

每噸鋼產(chǎn)生2.1噸CO2的排放來進行計算，每年可以實現(xiàn)碳排放減少350萬噸的效果。依據(jù)每噸鋼生產(chǎn)過程中消耗571公斤的標(biāo)準(zhǔn)煤來進行計算。每年可以節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)為95萬噸，因此可以大幅的節(jié)約煤炭等不可再生資源，為節(jié)能環(huán)保創(chuàng)造良好的效益。

5.2降低運輸成本

我國每年公路護欄的用量約為500萬噸，如果采用新型輕質(zhì)鋼，可以減少為335萬噸，按采用32噸運輸車來進行計算，輕量化后的公路護欄運輸較傳統(tǒng)減少了51526輛，車輛的整體運輸成本可以降低35%以上。同時，以柴油貨車為例，其柴油消耗量為0.06L/（t·km）。如果采用的運輸車輛運距都超過了1000公里，則可以減少CO2的排放量27萬噸。

5.3工程造價的降低

以傳統(tǒng)的Q235鋼材的護欄為例，其每噸造價為6600元。而高強度鋼每噸的造價為8600元，按照目前的用量來看，預(yù)計可以節(jié)約材料費42億元，大大的提升了整體的經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.波形梁鋼護欄第1部分：兩波形鋼護欄：GB/T31439.1-2015[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[2]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.波形梁鋼護欄第2部分：三波形鋼護欄：GB/T31439.2-2015[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[3]中國交通運輸協(xié)會.高強鋼輕量化波形梁護欄：T/CCTAS16—2020[S].北京：2020.

[4]楊世龍.基于碳排放成本的陸路貨運經(jīng)濟服務(wù)半徑研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2014.