設計によって命を救う: 道路ガードレール システムのエンジニアリング

判決: 適切に指定されたガードレールは、致命的な路外逸脱事故を 78% 削減します

固定危険物 (橋、堤防、急な坂道、または対向車) に隣接する道路セグメントの場合、適切に選択された道路ガードレールにより、致命的な路外流出 (ROR) 事故の発生率が以下のように減少します。 バリアなしと比較して 78% と記録されています 、15,000 件の ROR 衝突の FHWA 衝突データ分析に基づいています。直接的な結論: 道路ガードレール システムは、動作速度、交通量、および危険の重大度に基づいて、テスト レベル (TL-1 から TL-5)、クリアランス距離 (作業幅)、およびたわみカテゴリ (低、半剛性、または剛性) によって指定する必要があります。この記事では、NCHRP 350 および MASH 衝突試験規格の経験的データに基づいて、W ビームおよび 3 ビームのプロファイル、支柱間隔 (1.9 m ～ 3.8 m)、ブロックアウト タイプ (木材、プラスチック、またはスチール)、および終端セクション (衝突クッションおよび端部処理) の具体的な選択基準を示します。

ガードレール テスト レベル: TL-1 ～ TL-5 の説明

道路ガードレール 米国のシステムは、安全ハードウェア評価マニュアル (MASH) で定義されている衝突テスト基準を満たさなければなりません。 6 つのテスト レベル (TL-1 ～ TL-6) は、さまざまな道路タイプの衝撃条件を指定します。 高速高速道路 (設計速度 110 km/h) の場合、最小要件は TL-3 であり、100 km/h、25 度の角度で 2,270 kg のピックアップによる衝撃をテストします。 。 TL-4 は、90 km/h で 10,000 kg の単体トラックを追加します。 TL-5 には、時速 80 km の 36,000 kg のトラクター トレーラーが追加されます。トラック交通量が 20% の高速道路で TL-3 ガードレールの仕様を誤ると、侵入のリスクが生じます。バリアには車は入れられますが、セミトレーラーの向きを変えることができない可能性があります。

交通量が混在する道路 (自動車とトラック) では、TL-4 が推奨される最小値です。 衝突データによると、トラック交通量が 15% の道路にある TL-3 バリアは、大型車両の衝突に対して 35 ～ 40% の普及率を示しています 、TL-4バリアの5〜10％と比較して。 TL-3 から TL-4 へのアップグレードの増分コストは、リニア メーターあたり 15 ～ 25 ドルですが、人命を救うパフォーマンスに対してはわずかな割増料金です。

W ビームと 3 ビームのプロファイル選択

2 つのガードレール プロファイルが世界の交通安全を支配しています。W ビーム (12 ゲージまたは 10 ゲージ、幅 310 mm、深さ 80 mm) とスリー ビーム (幅 360 mm、深さ 100 mm、3 つの波形) です。 W ビームは TL-3 アプリケーションの標準であり、乗用車や小型トラックに適切な封じ込めを提供します。 。スリービームは TL-4 および TL-5 用途に指定されており、W ビームよりも 40% 高い断面係数と 25% 高い耐衝撃性を備えています。スリービームはオートバイの衝撃でも大幅に優れた性能を発揮します。深い波形により、レールがライダーの下半身を貫通するリスクが軽減されます。これは、オートバイと W ビームのガードレールとの衝突の 15 ～ 20% で発生します。

材料の厚さ: W ビームは 12 ゲージ (2.66 mm) または 10 ゲージ (3.42 mm) で利用可能です。 10 ゲージ W ビームは、12 ゲージよりも 35 ～ 40% 高い極限強度を提供します 、20〜25%のコストプレミアムがかかります。高速高速道路 (公称速度 > 105 km/h) の場合は、テスト レベルに関係なく、10 ゲージ W ビームまたはスリー ビームを指定します。低速または交通量の少ない道路では、12 ゲージ W ビームが許容されます。すべてのガードレールは、最小 610 g/m² (G210) のコーティング重量を持つ亜鉛メッキ鋼の ASTM A653 仕様を満たしている必要があります。コーティング重量が G210 未満の場合、海岸または除氷塩の環境では 10 ～ 12 年以内に腐食による穴が開きます。

ポスト間隔と動的偏向

ガードレールの支柱の間隔によって、システムの動的たわみ、つまり衝突時に車両の向きを変える前にバリアが内側にどれだけ移動するかが決まります。 TL-3 W ビームの標準ポスト間隔は 1.9m ～ 3.8m で、たわみ範囲は 0.8m (1.9m 間隔) ～ 1.5m (3.8m 間隔) です。 。ガードレールが隣接する危険物 (樹木、標識柱、電柱、または対向車線) に偏向してはいけないため、偏向は非常に重要です。固定ハザードから 1.2 メートルの位置に設置されたバリアの場合、最大たわみを 1.0 メートル以下に指定し、柱の間隔を 2.5 メートル以上にする必要があります。間隔が 2.0m を超えるバリアの場合、3.8m の間隔が許容されます。

ポストの埋め込み深さ: C セクション鋼製支柱 (100mm x 50mm x 5mm) は、一般的な土壌に 1.1m ～ 1.2m 埋め込む必要があります。 、元の地面からポストの先端までを測定します。埋め込みが浅い (0.9 m 未満) と横方向の耐力が 50 ～ 60% 減少し、衝撃時にポストが過度に傾き、車両のオーバーライドが可能になります。貧弱な土壌（緩い砂、柔らかい粘土、地下水面が高い）では、コンクリート埋め戻しまたはより長い柱（埋め込み 1.5 ～ 1.8 m）を指定します。ポスト打ち込みでは、1m から落下する 450kg のドロップハンマーを使用して、埋め込み 300mm あたり最低 12 回の打撃回数を達成する必要があります。打撃回数が低い場合は、土壌密度が不十分であることを示しており、土壌修復が必要です。

ブロックアウト: 木材、プラスチック、またはスチールのスペーサー

ブロックアウト (レールとポストの間に取り付けられたスペーサー) は 3 つの機能を果たします。レールをオフセットして車輪の引っ掛かりを防止し、制御されたエネルギー吸収接続を提供し、亜鉛メッキコーティングを保護します。 木製ブロックアウト (処理されたイエローパイン、150mm x 200mm x 75mm) が最も一般的で、価格は 1 枚あたり 8 ～ 12 ドルで、せん断抵抗は 80 ～ 100 kN です。 。木材のブロックアウトは衝撃中に制御された方法で破壊され、レールがポストから分離してポストに沿ってスライドし、衝撃ゾーンが広がります。プラスチック製のブロックアウト（高密度ポリエチレン）の価格は 1 つあたり 15 ～ 20 ドルですが、塩分環境では木材より 2 ～ 3 倍長持ちします。スチール製ブロックアウト（成形プレート）の価格は 1 枚あたり 20 ～ 25 ドルで、最高の強度を提供しますが、より多くの衝撃荷重をポストに伝達するため、軽微な衝撃後のポストの交換率が高くなります。

氷結防止塩のある環境 (北部の気候、峠) では、木のブロックアウトを避けてください。 木材は塩分を含んだ湿気を吸収し、5 ～ 7 年以内に腐ってボルトが緩み、ガードレール システムの強度が 40 ～ 50% 低下します。 。塩分地帯では、UV 安定剤の含有量を最小限に抑えたプラスチック製ブロックアウトを指定します。砂漠環境（低湿度、高紫外線）では、木材ブロックアウトは 8 ～ 10 年後にひび割れや裂けが発生します。プラスチックまたはスチールを指定してください。すべてのブロックアウトには、両側に 50mm 角ワッシャー付きの 16mm スルーボルトが必要です。サイズが小さいワッシャー (直径 40 mm 未満の丸ワッシャー) は衝撃時にレールを突き抜け、ガードレールの破損を引き起こします。

端子部：端末処理とクラッシュクッション

ガードレールの端は、適切に終端されていないと危険です。 終端されていないガードレールの端（鈍いまたは固定されていない）は、ガードレール関連の死亡事故の 30 ～ 40% を引き起こします 典型的には、車両が露出した端に衝突し、レールが客室に侵入したときです。すべての端子セクションは MASH テスト済みの端処理でなければなりません。 2 つのタイプが主流です。1 つは制御された押し出しによって衝突する車両を減速させるフレア型エネルギー吸収端子 (FLEAT または同様のもの)、もう 1 つはレールが 15 ～ 20 メートルにわたって土盛りに先細になるバックスロープ埋め込み型端子です。

FLEAT 端子の価格は 1 端あたり 1,500 ～ 2,500 ドルで、10 ～ 15 メートルのフレア レールの位置合わせが必要です。 どちらの方向からも衝撃が発生する可能性がある中央分離帯には、クラッシュ クッション (リダイレクトまたは非リダイレクト) が必要です 。狭い中央分離帯 (幅 10 メートル未満) の場合は、各中央分離帯の両端に TL-3 クラッシュ クッションを指定します。クラッシュ クッションの価格はそれぞれ 3,000 ～ 8,000 ドルですが、鈍い端子と比較して衝撃強度を 60 ～ 80% 軽減します。低速道路 (<60 km/h) の場合、終端部分が埋設された単純なエンドアンカーは許容されますが、レールの先端が露出する盛土の侵食がないか毎年検査する必要があります。

橋の移行部とアプローチのガードレール

アプローチガードレールと橋のレールの間の境界面は、道路バリアシステムの既知の弱点です。 衝突データによると、ガードレール貫通の 25 ～ 30% は橋のレールの移行部から 10 メートル以内で発生している 半剛体ガードレール (フレキシブル) と剛体橋レール (コンクリートまたは鋼鉄) の間の剛性の不一致が原因です。適切な移行セクションでは、強化されたポスト、スリービーム レール、または入れ子になった W ビームを使用して、6 ～ 12 メートルにわたってシステムの剛性を徐々に高める必要があります。橋の所有者によって承認され、アプローチ ガードレールと同じ TL レベルで衝突テストされた移行ハードウェアを指定します。

重要な寸法: 進入ガードレールはオフセット 15 mm 以内で橋のレールと垂直および水平に位置合わせする必要があります 。 25 mm を超えるミスアライメントは、車両の車輪に引っかかる引っ掛かり点を生じます。設置前に、アプローチ勾配と橋のレールの高さの両方を調査してください。必要に応じて、アプローチ ガードレールの支柱の高さを調整し、グレーディングを埋めます。設置後、トランジション全体に 3 メートルの直定規を置き、位置が合っているかどうかを確認します。 10mmを超えるギャップがある場合は、シム調整または再取り付けが必要です。

クリアゾーンの距離とガードレールの配置

クリアゾーンとは、移動した道の先にある遮るもののないエリアです。 AASHTO グリーン ブックでは、ガードレールは道路に勝手に近づけるのではなく、明確なゾーン境界に設置する必要があると規定しています。 側勾配が 2:1 の時速 110 km の高速道路の場合、推奨されるクリア ゾーンの幅は 7 ～ 10 メートルです 。ガードレールをクリアゾーンの幅よりも近くに配置すると、車両の衝突頻度と重大度が増加します。逆に、クリアゾーンを越えてガードレールを設置すると、危険が保護されなくなります。

走行道路の端からガードレールの面までを測定: バリアに衝突する前に車両を回復できる最小オフセットは 0.6 m、TL-3 バリアの最大オフセットは 2.5 m (2.5 m を超えると、設計制限を超える角度でガードレールに衝突する可能性があります) 。オフセットが 0.6m 未満の場合 (橋のアプローチや制約のある都市部の通路で一般的)、より高い TL レベル (TL-3 ではなく TL-4) を指定して、より急峻な有効衝突角度を補正します。 2.5m を超えるオフセットの場合は、柱の間隔を増やすか、クリアゾーンに障害物がない場合は障壁がないことを検討してください。

亜鉛メッキおよび防食基準

道路ガードレール システムのすべての鋼製コンポーネントは、ASTM A123 または A653 に従って溶融亜鉛メッキする必要があります。 非海岸環境におけるガードレールの最小コーティング重量は 550 g/m² (G185) で、最初の腐食まで 25 ～ 30 年かかります。 。沿岸環境 (塩水から 1.6 km 以内) または除氷塩を多量に使用する地域 (車線 1 km あたり年間塩使用量が 10 トンを超える) では、700 g/m² (G235) コーティングまたは二重コーティング (亜鉛メッキとパウダーコート) を指定します。粉体塗装ではリニア メーターあたり 2 ～ 4 ドルが追加されますが、過酷な環境下では耐用年数が 40 年に延長されます。

亜鉛メッキされたガードレールを現場で切断すると（たとえば、現場の状況に合わせてレールを短くするなど）、切断端のコーティングが損傷します。 すべての切断端は、切断後 24 時間以内に冷間亜鉛めっき化合物 (重量で少なくとも 95% の亜鉛ダスト) で現場コーティングする必要があります。 。コーティングされていない切断端は、無傷の亜鉛メッキの 5 ～ 10 倍の速度で腐食し、塩分環境では年間 0.2 ～ 0.5 mm の断面損失が発生します。 5 年以内に、コーティングされていないカットエッジによりレールの厚さが 3.4 mm から 2.0 mm 未満に減少し、衝撃容量が 40 ～ 50% 失われる可能性があります。

メンテナンスと衝撃後の修理

道路ガードレール システムは 6 ～ 12 か月ごとに検査する必要があり、衝撃によってバリアが損傷した場合には直ちに修理する必要があります。 修理が必要な一般的な損傷: 設計位置からのレールのたわみが 300 mm を超えている、ポストの垂直方向からの傾きが 15 度を超えている、レールのスプライスが 10 mm を超えて離れている、または現場でコーティングされていない露出した切断端 。 TL-3 W ビームの場合、修理費用はポストあたり平均 150 ～ 250 ドル、4 メートルのレール セクションあたり 80 ～ 120 ドルです。修復の遅れはさらに悪化します。1 つのポストが損傷すると、隣接するポストの耐力が 30 ～ 40% 減少し、次の衝撃がバリアを貫通する可能性が 3 ～ 5 倍高くなります。

衝撃後の交換プロトコル: 目に見える亀裂、垂直方向から 10 度以上曲がっているポスト、または引き抜き (垂直方向の動きが 25mm 以上) があるポストはすべて取り外して交換します。 。曲がったポストをまっすぐにしようとしないでください。冷間矯正を行うと、加工硬化により鋼の強度が 30 ～ 50% 低下します。レール部分は、目に見える亀裂、ボルトの抜け穴、永久ひずみ（塑性変形）が50mmを超える箇所は交換してください。亜鉛メッキに穴を開けられない小さなへこみや傷が残る場合があります。将来の参照と責任保護のために、GPS 座標とデジタル写真を使用してすべての修理を文書化します。

中央分離帯と道路脇のガードレール

中央分離帯 (対向車線の間に設置) には、道路脇のガードレールとは異なる設計要件があります。 中央分離帯は両方向からの衝突に耐えられる必要があり、対称または双方向の設計が必要です 。標準の W ビーム ガードレールは双方向ではありません。レールのプロファイルには強い面 (交通に面する) と弱い面があります。 Wビームを逆向きに取り付けると衝撃容量が60～70%減少します。中央分離帯については、(a) 対称断面の 3 本の梁、(b) TL-4 アプリケーション用のコンクリート中央分離帯 (ジャージーまたは F 形)、または (c) 幅の広い中央分離帯 (>15m) 用のケーブル中央分離帯のいずれかを指定します。

ケーブル中央分離帯 (500 ～ 700 mm 離れた 3 本または 4 本のスチール ケーブル) は、高速高速道路の幅の広い中央分離帯にとって最もコスト効率の高いソリューションです。 ケーブルバリアのコストは 1 メートルあたり 30 ～ 50 ドルですが、コンクリートまたは 3 桁の場合は 1 メートルあたり 100 ～ 150 ドルです。 誤った車両の衝撃度は低くなります (減速が少なくなります)。ただし、ケーブル バリアには 8 ～ 10 メートルの作業幅が必要で、幅 12 メートル未満の中央分離帯には適していません。中央分離帯が狭い（4 ～ 10 メートル）場合、致命的な対向衝突事故の 40% を占める中央分離帯貫通を防ぐためにコンクリート バリアが必要です。

特殊用途: 橋、暗渠、落石

橋や暗渠では、構造物に支柱を打ち込むことができないため、ガードレールの設置に特有の課題が生じます。 橋の場合、ガードレールの支柱は、コンクリートに 150 ～ 200 mm 埋め込まれたアンカー ボルトを使用して橋の床版または欄干にボルトで固定されます。 。各ポストには、エポキシグラウトを使用した直径 19 mm のアンカー ボルトが 4 本必要です。アンカーボルト1本当たりの引張耐力は25 kNを超えなければなりません。ポストの打ち込みを妨げる暗渠（道路の下に埋設）の場合は、暗渠の両側に深さ 1.5 m でコンクリート基礎を流し込み、ベース プレートを使用してコンクリート基礎にガードレールの支柱を取り付けることを指定します。

落石保護エリアには、落石を保持するために障壁の上に取り付けられたキャッチネットまたはドレープを備えたガードレールシステムが必要です。 標準的な道路ガードレールは、落石に対する最小限の保護を提供します。直径 300 mm を超える岩はレールを乗り越えます。 。落石ゾーン (道路の切れ目、峡谷の高速道路) の場合は、高さ 3 ～ 4 m の支柱とレールの上に伸びるケーブル ネットを備えた落石バリア (AASHTO MASH 落石 TL-3 または TL-4) を指定します。これらのシステムのコストはリニア メーターあたり 300 ～ 500 ドルですが、標準的な ROR 衝突よりも致死率が 4 倍高い、岩石関連の壊滅的な衝突を防ぎます。

縦方向の強度とレール接続の設計

ガードレール システムは、衝撃時にレールが開く (剥がれる) のを防ぐために、レール スプライス全体にわたって縦方向の強度を維持する必要があります。 W ビーム レール スプライスでは、125 mm スプライス プレートを使用して 4 つのボルト (レールの端ごとに 2 つ) を使用します。 重ね合わせ250mm。ボルトトルク仕様: 16mm 亜鉛メッキボルトの場合は 80 ～ 100 Nm。トルクが不足しているボルト (60 Nm 未満) はジョイントの滑りを引き起こし、長手方向の強度が 40 ～ 50% 低下し、衝撃時にレールの重なり部分が剥離する原因となります。ボルトの締めすぎ (120 Nm 以上) は、ねじ山を潰したり、レールを変形させたりして、応力集中を引き起こす可能性があります。

スリービームおよび TL-4 アプリケーションの場合、 スプライス プレートは、平らなプレートではなく、レールに一致する 3 つのビームのプロファイルである必要があります 。スリービームの平板スプライスは強度を 35 ～ 40% 低下させ、衝突テストに失敗しました。レールのセクションは、互い違いのスプライスで敷設する必要があります。隣接する 2 つの支柱の長手方向の同じ位置にスプライスを設けてはなりません。千鳥状にすることで、レールが解けてしまうような弱い線が連続的に発生するのを防ぎます。レールスプライスの最大オフセットは 1.5m です。ポスト位置 (ポスト中心線から 300 mm 以内のスプライス中心線) で発生するスプライスには、追加の 250 mm スプライス プレートによるスプライス補強が必要です。