梁柱式鋼護(hù)欄加固改造方案設(shè)計(jì)研究

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)公路2009年9月第9期HIGHWAYSep．2009No．9文章編號(hào)：0451--0712(2009)09--0242～03中圈分類號(hào)：U417．12文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B梁柱式鋼護(hù)欄加固改造方案設(shè)計(jì)研究劉玉柱1，楊振峰1，劉劍1，魏樂(lè)永2(1．太原高速公路有限公司太原市030000；2．中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司北京市100088)摘要：梁柱式鋼護(hù)欄輕巧美觀，在高速公路橋梁中應(yīng)用較廣。2006年頒布的《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD81—2006)全面提高了高速公路橋梁護(hù)欄的設(shè)防水準(zhǔn)，現(xiàn)行高速公路的一些橋梁護(hù)欄

2、的防撞能力已不能滿足要求，需要進(jìn)行必要的加固改造。以太原東環(huán)高速公路橋梁護(hù)欄的加固改造設(shè)計(jì)為實(shí)例，對(duì)梁柱式鋼護(hù)欄加固改造中的一些關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了探討與研究。關(guān)鍵詞：粱柱式鋼護(hù)欄；加固改造；護(hù)欄選型；護(hù)欄基礎(chǔ)橋梁護(hù)欄是保證公路安全快速運(yùn)營(yíng)必不可少的重要安全措施。近年來(lái)，由于原有護(hù)欄設(shè)計(jì)的防撞能力不足，高速車輛撞擊破壞護(hù)欄后駛出橋外，導(dǎo)致車毀人亡的事故屢有發(fā)生。交通部于2006年頒布了新版《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD81—2006)(以下簡(jiǎn)稱《安全設(shè)施規(guī)范》)，全面提高了高速公路橋涵的護(hù)欄防撞水準(zhǔn)。本文以太原東環(huán)高速

3、公路橋梁護(hù)欄的加固改造設(shè)計(jì)為實(shí)例，對(duì)梁柱式鋼護(hù)欄加固改造方案進(jìn)行了研究，可為類似工程的實(shí)施提供一定的借鑒。1工程現(xiàn)狀研究太原東環(huán)高速公路建于20世紀(jì)90年代，設(shè)計(jì)時(shí)速100km／h，其防撞護(hù)欄系按照94版的《安全設(shè)施規(guī)范》設(shè)計(jì)，采用最高防撞等級(jí)一PL3級(jí)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，東環(huán)高速公路上的重載車輛的數(shù)量和載重迅速提高。而且在一些橋下建有居民樓、學(xué)校、工廠、公路、鐵路等。這些均對(duì)護(hù)欄的防撞能力提出了更高的要求。新版的《安全設(shè)施規(guī)范》對(duì)車輛駛出橋外可能造成二次重、特大事故的情況進(jìn)行了特別說(shuō)明，明確該類情況需按最高的SS級(jí)設(shè)防。

4、現(xiàn)有護(hù)欄的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示，對(duì)照現(xiàn)行規(guī)范，東環(huán)高速公路上的一些橋梁護(hù)欄的防撞能力已不能滿足要求，一旦重載車輛失控碰撞防撞護(hù)欄，很有可能沖出護(hù)欄，發(fā)生二次重、特大事故，存在很大的安全隱患。因此這些橋梁護(hù)欄亟需加固或改造。收稿日期：2009一05—20表1現(xiàn)有護(hù)欄結(jié)構(gòu)參數(shù)mm長(zhǎng)寬高壁厚護(hù)欄整體400900護(hù)欄立柱1409005護(hù)欄橫粱38001005路緣65050護(hù)欄橫梁間距2002護(hù)欄受力機(jī)理分析2．1車輛碰撞力計(jì)算原理對(duì)橋梁護(hù)欄進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先要確定碰撞荷載，護(hù)欄碰撞荷載常用的數(shù)學(xué)模型見(jiàn)圖1，該模型建立在如下基本假設(shè)基

5、礎(chǔ)上：(1)碰撞過(guò)程中，縱橫向加速度不變；(2)車輛改變方向平行于護(hù)欄時(shí)，橫向速度分量為0；(3)車輛重心位置不變；(4)車輛近似為質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)；(5)車輛與護(hù)欄、車輪與公路的摩擦力忽略不計(jì)；(6)護(hù)欄連續(xù)設(shè)置；(7)車輛豎向與轉(zhuǎn)動(dòng)加速度忽略不計(jì)。經(jīng)推導(dǎo)，可得最大碰撞力計(jì)算公式：F1號(hào)×及而幣磊乃m(鬲vs瓜in忑8)2石可麗j(1)式中：t，為車輛碰撞速度(m／s)；0為碰撞角度，b為車輛寬度(m)；C為車輛重心距前保險(xiǎn)杠的距離(m)；Z為護(hù)欄的橫向變形(m)。2．2規(guī)范對(duì)碰撞力的規(guī)定新版的《安全設(shè)施規(guī)范》對(duì)各個(gè)防撞等級(jí)的

6、碰撞荷載做出了明確規(guī)定，如表2所示。東環(huán)高速公路萬(wàn)方數(shù)據(jù)2009年第9期劉玉柱等：粱柱式鋼護(hù)欄加固改造方案設(shè)計(jì)研究--——243·——圈1車輛與護(hù)欄碰撞數(shù)學(xué)模型屬SS級(jí)設(shè)防，因此當(dāng)采用混凝土剛性護(hù)欄時(shí)，碰撞力Fl=520kN，當(dāng)采用柔性護(hù)欄時(shí)，F(xiàn)l=435～375kN。表2橋梁護(hù)欄碰撞荷載碰撞力／kN防撞等級(jí)Z=0Z一0．3～O。6“B9575～60A。Am210170～140SB。SBm365295～250SA．SAm430360～310SS520435～3753護(hù)欄及其基礎(chǔ)加固改造方案研究3．1護(hù)欄加固改造計(jì)算分析結(jié)

7、果表明，原設(shè)計(jì)的橋梁防撞護(hù)欄防撞等級(jí)僅能滿足新規(guī)范的SB級(jí)。與Ss防撞等級(jí)相比，原有護(hù)欄高度、橫梁、立柱及下部錨栓的抗拉強(qiáng)度均不能滿足要求，故擬全部拆除原護(hù)欄后更換新型護(hù)欄?？蛇x擇的護(hù)欄形式有混凝土墻式護(hù)欄與梁柱式鋼護(hù)欄?；炷翂κ阶o(hù)欄具有較好的剛度，但其自重較大，相比原有鋼護(hù)欄，將增加較大的額外荷載；梁柱式鋼護(hù)欄輕巧美觀，且基本不增加額外荷載。太原東環(huán)高速公路的橋梁大多采用T梁，按照85規(guī)范汽車一超20級(jí)荷載設(shè)計(jì)，其荷載等級(jí)及材料指標(biāo)均略低于新規(guī)范。而且這些橋梁已服役近15年，部分T梁已經(jīng)帶裂縫工作，不宜再增加較大的額

8、外荷載。因此采用梁柱式鋼護(hù)欄對(duì)原有橋梁護(hù)欄進(jìn)行替換。3．2護(hù)欄基礎(chǔ)加固改造梁柱式鋼護(hù)欄通過(guò)護(hù)欄基座與橋梁翼緣板連接成整體并以橋梁翼緣板作為基礎(chǔ)。護(hù)欄的防撞能力除自身強(qiáng)度外還取決于基座與橋梁翼板的連接強(qiáng)度以及橋梁翼板的支撐能力?！瓥|環(huán)高速公路原有T梁邊梁預(yù)制時(shí)未預(yù)埋護(hù)欄基座鋼筋，基座與橋面翼板僅靠混凝土的咬合力結(jié)合