by Charles F. McDevitt
The basic principles of concrete barrier is not generally known or understood.BASIC BASRIARSは、コンクリート障壁の基本原理を理解していません。 コンクリート バリアは単純で複雑ではないように見えますが、実際には高度な安全装置です。
Concrete Safety Shapes
ほとんどの人はコンクリート バリアといえば、ニュージャージー州のコンクリート安全形状バリア (NJ-shape またはジャージー バリア) を思い浮かべると思います。 より一般的な浅い角度の衝突に対して、NJ-shapeは、車のタイヤが低い傾斜面に乗り上げるようにすることで、板金の損傷を最小限に抑えることを目的としています。 (図 1 を参照)
より高い衝撃角度の場合、NJ 形状は実際には多段バリアになっています。 フロントバンパーは上部の傾斜した面に衝突し、上方にスライドする。 この相互作用により、車両が浮き上がる。 バンパーが比較的弱い場合、浮き上がりが起こる前にフロントエンドが潰れ始める。 次に、車両がバリアとほぼ平行になると、車輪が下側の傾斜面に接触する。 このとき、車両がさらに浮き上がる原因のほとんどは、下側の傾斜面がフロントサスペンションを圧迫することにある。 しかし，特にバリアの表面が粗い場合には，車輪の横滑り力によって多少の浮き上がりが発生する． したがって、骨材が露出しているなど、粗い表面仕上げは避けるべきである。 現代の車両はバンパーと車輪の間の距離が比較的短い。その結果、バンパー接触はほとんどすぐに車輪接触に続く。 これは車両をバンクさせ、方向転換させるのに役立ちます。 車両が空中に高く持ち上げられすぎると、ヨー、ピッチ、またはローリングが起こり、車輪が再び地面に接触したときに車両が横転する可能性があります。 好ましくは、コンクリート安全形状バリアは、車輪が土に食い込んで車両が横転することがないように、舗装面に隣接しているべきである。
一昔前は、バリアをスリップフォーミングしやすくするために、2つの傾斜面の交差部に255ミリメートル（10インチ）の半径を形成することが一般的であった。 この半径は、もはやスリップフォーミングには必要ない。
障壁の基盤の 75mm （3 インチ）縦の「明らかに」はアスファルトの再舗装のためのきれいなラインを提供するようにだけ意図されています。 75mmの縁石にぶつかるのとほぼ同じ効果があるため、この垂直な露出は、車両の力学にほとんど変化を与えない。 車輪やバンパーがそれと相互作用して引っ掛かり、車両をヨーイングさせる可能性があるため、高い開口部は使用すべきではない。 コンクリート製の安全形状の前に排水用の窪みや縁石が出ていると、車両が不安定になり横転の原因となるため、可能な限り排水はバリアのつま先に沿って集めるべきである。
安全形状プロファイルの主要設計パラメータは、地面から斜面の破断点までの距離で、これによりサスペンションがどの程度圧縮されるかが決定されるからです。 NJ形状の場合、この距離は330mmです。
古いゼネラルモーターズ形状、つまりGM形状は、地面からスロープブレークポイントまでの距離が380mmでした。 この距離が長いため、シボレー・ベガなど1970年代の小型車は過剰に持ち上がってしまった。 衝突試験でGM形状に衝突した後、これらの小型車は不安定になり、横転する傾向があった。 その結果、GM形状の使用は中止された。
A～Fとラベル付けされたさまざまなプロファイル構成のパラメトリック研究（パラメータを系統的に変化させる）では、FがNJ形状よりも明らかに良い性能を示すことが示された。 このコンピュータ・シミュレーションの結果は、一連の実大衝突試験で確認された。 構成FはF形状と呼ばれるようになった。
F形状の性能がNJ形状の性能より優れていたにもかかわらず、広く使用されることはなかった。 これは、各州が衝突試験の基準も満たすNJ形状に満足していたためである。
図1に示すように、F型とNJ型は同じ傾きである。 大きな違いは、F型は地面から勾配の破断点までの距離が255mmと、NJ型より75mm低いことである。 この低い勾配破断点により、車両の浮き上がりが大幅に減少し、コンクリート障壁の性能が大幅に改善されました
NJ形とF形のプロファイルは密接に関連しています。 NJ形状の隣に75mmのアスファルトのオーバーレイを作れば（精神的にはアスファルト面上に残るコンクリートに新たに75mmの明り取りをすれば）、NJ形状がF形状に変換されたことになります。 つまり、アスファルトリサーフェシング工事は、実際にNJ字型をより安全なデザインに変換することができるのです。 しかし、このようなアスファルトのオーバーレイは、コンクリート バリアの全体の高さを減らし、その結果、より重い車に対する有効性が低下します。
衝突試験で、ライダーまたは U-Haul レンタル トラックなどの単一ユニット トラックがコンクリート バリアに衝突すると、トラックの荷台の下側がバリアの上部にかかるまでバリアの方に転がります。 このとき、トラックの荷台の下側がバリアの上面に接触し、ロール運動が停止します。 その後、車両はバリアの上部に沿ってスライドし、直立に方向転換します。 そのためには、コンクリートバリアは最低でも815mm（32インチ）の高さが必要です。 18輪車やトラクター・トレーラーの衝突実験を行うには、コンクリート製バリアは最低でも1070mm以上の高さが必要です。 トラックとの衝突では、トラックの荷台やトレーラーの下側からコンクリート製バリアの上側に荷重が移動するため、主な荷重経路は垂直方向となります。
トラック、バス、およびその他の重い車両は、コンクリート障壁の上部に沿って滑る傾向があるので、これらの障壁の上部には、車両を引っかけてヨーイングさせる可能性のある標識、フェンス、照明器具サポート、およびその他の付属物を置かないことが重要であり、そのような付属物を置かないようにします。 コンクリート中央分離帯に照明器具サポートを提供する必要がある場合、バリアは照明器具サポートの近辺で上部を厚くし、側面でフレアにして、衝突する車両に滑らかな横方向の移行部を提供することができます。
高性能コンクリート安全形状バリア
高いコンクリートバリアはトラックバリアとして、またコンクリート中央分離帯（CMB）に一体型のグレアスクリーンを設けるために時々使用されています。 トラクター トレーラーのデッキは地面から約 1350 mm （53 インチ） 上に位置しています。 デッキは強く、硬い構造部材であるため、コンクリート製バリアに衝突すると大きな横力が発生することがあります。 したがって、1320mm（52インチ）以上の高さのコンクリート製バリアは、剥離したコンクリートが対向車に飛んでくるのを防ぐためだけでも、その頂上付近に何らかの補強をする必要があります。 いくつかの州では、既存のコンクリート障壁の上にスリップフォームコンクリート製のグレアスクリーンを設置しています。 通常、これらのコンクリート グレア スクリーンは、剥落を防ぐために何らかの補強を含んでいます。
36,000 kg のガソリン タンカーを高角度と高速度で衝突させて、格納および方向転換するには、2290 mm （90 インチ） のコンクリートの障壁が必要です。
New Jersey Turnpike Authority (NJTA) は、トラクター トレーラーを安全に格納し、直立姿勢に転換できる、高さ 1070 mm (42 インチ) の中央コンクリート バリアを衝突試験して開発しました。 このバリアは、NJ-shapeという型枠で作られています。 75mmの垂直な部分はアスファルトで覆われ、バリアが転倒しないように固定されています。 (図2参照）これにより、バリアプロファイルがF型になり、垂直方向の露出がなくなります。 NJTAの大型車用中央分離帯は上部の厚さが305mmである。 4145>
オンタリオ州のトールウォールは高さ1070mmのコンクリート製中央分離帯で、同じプロファイルだが、補強はされていない。 時速 85.3 キロメートル、衝撃角 15 度で 36,000 キログラム (80,000 ポンド) のトラクター トレーラーを使った衝突試験で、オンタリオ トールウォールの上部は 305 mm なので、補強は不要であることが証明されました。 コンクリートの収縮亀裂が約 2440～3355 mm（8～11 フィート）ごとに垂直に形成され、バリアの断面を完全に貫通していても、断面積と骨材のインターロックは、亀裂のある断面全体にすべての側面衝撃力を伝達するには十分でした
これらの高性能中央分離膜の両側を固定した 75 mm 厚のアスファルトオーバーレイは、トラクター トレーラーによる衝突テスト中にコンクリートから分離することはありませんでした。 他の衝突テストでは、高さ815 mmのコンクリート製中央分離帯の両側に25.4 mmの厚さのアスファルトオーバーレイが、乗用車やバスとの衝撃に対してそれらを固定するのに十分であることが示されています。 トラクター・トレーラーは、建設ジョイントでコンクリートの V 字型ピースを折って、これらのバリアの上に乗ることができます。
ガソリンタンクのセミトレーラーは、車輪と地上約 1980 mm (78 in) を中心とするタンクの間に、露出した構造要素がない。 言い換えれば、車輪とタンクの間にはバリアが押されるようなものは何もないのです。 1070mmの車輪は、高さ1070mmのコンクリート製バリアと相互作用し、浅い角度の衝撃で車両を方向転換させることができる。 (図2参照) しかし、より高い角度と速度で衝突した後、36,000kgのガソリン・タンカーを収容して方向転換するには、2290mm (90in) の高いコンクリート障壁が必要です。
垂直コンクリート欄干
コンクリートの安全形状が車両を持ち上げるとき、車両の運動エネルギーの一部は位置エネルギーに変換される。 この位置エネルギーは、車両が地面に戻るときに運動エネルギーに戻されます。
垂直コンクリート欄干壁にはこのエネルギー管理機能はありませんが、衝突テストでは交通障壁として許容できる性能があることが実証されています。 剛性の高い垂直壁との衝突におけるエネルギー吸収は、すべて車両の圧壊によるものである。 バンパーは通常、垂直なコンクリート壁を滑り上がって車両を持ち上げることはないため、4輪すべてが地面にとどまる傾向があります。 そのため、車両の横転の可能性を最小限に抑えることができます。
車両の車輪は、主に垂直荷重を扱うように設計されており、水平荷重は扱えません。
Constant-Slope Concrete Barriers
垂直面コンクリート壁よりも一貫した性能を持つシングルスロープのバリアプロファイルの必要性から、コンスタントスロープバリアが開発された。 一定勾配の障壁と垂直コンクリート壁の両方は、その性能がアスファルト オーバーレイの厚さに影響されないので、再舗装を容易にすることができます。 特に、カーブしたスロープにバリアを設置する場合や、コンクリート製の安全形状バリアを再設置する必要があるような再舗装作業では、このような利点があります。 障壁の高さが 815mm （32 インチ）に減る前に上敷きの 255mm （10 インチ）まで作ることができます。
The のテキサスの一定した斜面の障壁は 1070mm （42 インチ）高く、垂直に関して 10.8° の角度を作る一定した斜面の表面があります。 (
カリフォルニア州は、垂直方向に対して9.1度の角度をなす一定勾配の面を開発した。 これはNJ形やF形の上面の6度の勾配に近いものである。 カリフォルニア州はこの一定勾配のプロファイルを高さ1070mmの60型路側バリアと70型橋梁レールに使用している。
衝突試験の結果、テキサスの一定勾配バリアの性能はNJ形と同等、カリフォルニアの一定勾配バリアの性能はF形と同等であることが示された。 これらのコンスタントスロープバリアは、いずれもNCHRPレポート350に従って8000kg（18,000lb）の単体トラックで試験されており、テストレベル4（TL-4）のバリアである。
Portable Concrete Barriers
Portable concrete barriers (PCBs) はずっと建設仕事地帯の安全を改善しています。 PCB は、プレキャストコンクリートの安全形状のセクションを結合して、連続した長手方向のバリアを形成しています。 可搬式コンクリート障壁は、主に建設作業員に衝突する車両を防ぐことを目的としているため、これらの障壁の動的な横方向のたわみを最小限に抑える必要があります。 一般に、バリアのたわみは、より長いバリア セグメントを使用し、6913 kg-m (50 kip-ft) 以上の曲げモーメントを開発できる接合部を使用することによって最小化できます。
Texas Department of Transportation が開発したこの 510 mm- (20 in-) high portable concrete barrier には、垂直に対して 2.8 度 (1 in 20) の逆勾配の傾斜が付けられています。 この薄型コンクリート バリアは、72 km/h (45 mi/h) でピックアップ トラックとの衝突テストに成功しました。
ピンとループの接続は、水平方向の湾曲と垂直方向の勾配の変化に容易に対応できるため非常に普及しています。 しかし、ジョイントがかなりの量の回転を受けた後でなければ、曲げモーメント能力を開発することはできません。 スチールピンの下端には、衝撃でピンがループから垂直に飛び出すのを防ぐために、ワッシャーやコッターピンが必要である。 鉄筋のループは、接合部のバリアのねじれ回転に耐えられるので、ワイヤーループより優れています。 バリアセグメントをしっかりと引っ張り、端のセグメントを地面に固定することも、横方向のたわみを減らすのに非常に有効です。 4145>
Low-Profile Concrete Barriers
If the sloping face on a concrete barrier can lift a vehicle, it stand to reason that the slope in the reverse direction can tend to hold the vehicle down by pushing the bumper downward. 高さ510mmのポータブルコンクリートバリアは、テキサス州運輸省によって開発されました。 逆勾配は垂直方向に対して2.8度（20分の1）です。 この薄型コンクリートバリアは、ピックアップトラックによる時速72kmでの衝突実験に成功しました。 4145>
Conclusion
The each of these concrete barrier types fills a niche and helps meet the needs of highway agencies that select, design, and locating traffic barriers. 安全性能の点では、1070 mm (42 インチ) の F 形状は現在、当社の最高の技術です。 F-shape のプロファイルは NJ-shape よりも明らかに優れており、ポータブル コンクリート バリアと恒久的なバリアの両方に使用する州が徐々に増えています。
Charles F. McDevitt は、バージニア州マクリーンのターナー フェアバンク ハイウェイ研究センターで連邦道路管理局の安全研究開発室の構造エンジニアを務めています。 設計、試験、新製品の開発において39年の経験を持つ。 1978年に連邦道路庁に入庁。 この22年間は、交通バリアの新規開発・改良に従事。 ペンシルベニア大学で土木工学の修士号を取得し、ペンシルベニア州の登録専門技術者でもあります
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