中央分隔帶橋梁分設(shè)型波形梁護(hù)欄提升改造方案實(shí)車(chē)碰撞試驗(yàn)研究

張甘成

摘要：本文利用實(shí)車(chē)碰撞試驗(yàn)的方式，驗(yàn)證了杭金衢高速公路改擴(kuò)建工程建設(shè)二期項(xiàng)目在用中央分隔帶橋梁分設(shè)型波形梁護(hù)欄的提升改造方案，利用本文的提升改造方案，使原有中央分隔帶橋梁分設(shè)型波形梁護(hù)欄的防護(hù)能力提升至520kJ。通過(guò)實(shí)車(chē)試驗(yàn)，驗(yàn)證了提升改造方案的安全防護(hù)能力達(dá)到SS級(jí)，提升后護(hù)欄的阻擋功能、導(dǎo)向功能、緩沖功能均滿足SS級(jí)防護(hù)能力要求，防護(hù)能力達(dá)到520kJ。

關(guān)鍵詞：中央分隔帶;橋梁分設(shè)型波形梁護(hù)欄;提升改造;實(shí)車(chē)碰撞試驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：U491.5+9? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

0、前言

隨著全國(guó)提升公路橋梁專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)的逐步開(kāi)展，部分修建年份早的橋梁護(hù)欄，雖然按照《提升公路橋梁安全防護(hù)能力專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)技術(shù)指南》[1]評(píng)估為II類(lèi)、III類(lèi)，但隨著國(guó)內(nèi)部分道路改擴(kuò)建的開(kāi)展，按照074-94規(guī)范 [2]或者D81-2006 [3]設(shè)計(jì)的橋梁護(hù)欄在提升至D81-2017規(guī)范[4] [5]要求的過(guò)程中面臨到了一系列的技術(shù)問(wèn)題。

我國(guó)已逐漸開(kāi)展了橋梁護(hù)欄提升的方案技術(shù)研究：

付曉鵬針對(duì)武漢青山長(zhǎng)江公路大橋梁柱式型鋼護(hù)欄原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)防護(hù)能力不足的問(wèn)題，為提升護(hù)欄結(jié)構(gòu)的安全防護(hù)性能，對(duì)護(hù)欄總體高度、橫梁形式、立柱形式和底部焊接板進(jìn)行優(yōu)化研究，提出護(hù)欄結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。優(yōu)化后的梁柱式型鋼護(hù)欄總高度為1.66m，橫梁為矩形管，立柱為斜H形，橫梁與立柱采用角鋼連接，底部焊接板平行于護(hù)欄迎撞面。對(duì)優(yōu)化后的護(hù)欄結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行規(guī)范符合性分析，并采用計(jì)算機(jī)仿真手段對(duì)優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明：優(yōu)化后的護(hù)欄總高度、橫梁橫向承載力距橋面的加權(quán)平均高度、橫梁總高度以及橫梁凈距各項(xiàng)參數(shù)均符合規(guī)范要求;護(hù)欄可對(duì)小客車(chē)、大客車(chē)、大貨車(chē)形成有效防護(hù)，其阻擋功能、緩沖功能、導(dǎo)向功能滿足規(guī)范要求，防護(hù)能力達(dá)到SS級(jí)[7]。

龔帥為提升某跨鐵路高速公路橋梁護(hù)欄的安全防護(hù)功能，運(yùn)用調(diào)查分析、有限元計(jì)算與實(shí)車(chē)足尺碰撞試驗(yàn)綜合技術(shù)手段，了解跨鐵路高速公路橋梁護(hù)欄應(yīng)具有高防護(hù)等級(jí)與減小車(chē)輛碰撞護(hù)欄時(shí)側(cè)傾量的特殊防護(hù)需求，而原有護(hù)欄經(jīng)過(guò)分析不滿足該防護(hù)需求。針對(duì)這種情況提出了升級(jí)改造方案，并對(duì)方案的安全可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明：護(hù)欄經(jīng)1.5t小客車(chē)100km/h、18t大型客車(chē)80km/h、33t整體大貨車(chē)60km/h以20°夾角碰撞檢測(cè)，乘員碰撞后加速度最大為70.6m/s2，乘員碰撞速度最大為8.4m/s，大型客車(chē)與整體大貨車(chē)碰撞護(hù)欄后最大動(dòng)態(tài)外傾當(dāng)量值分別為0.38m和0.41m，護(hù)欄達(dá)到了SS級(jí)高防護(hù)等級(jí)和車(chē)輛碰撞后低側(cè)傾量的功能要求;護(hù)欄基座預(yù)埋螺栓經(jīng)計(jì)算機(jī)仿真校核，其受力滿足強(qiáng)度要求;結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置條件及規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的護(hù)欄端部過(guò)渡結(jié)構(gòu)，經(jīng)計(jì)算機(jī)仿真分析驗(yàn)證，其具有安全可靠性。研究成果提高了跨鐵路橋梁路段運(yùn)營(yíng)安全水平。[8]。

但對(duì)于依據(jù)074-94規(guī)范設(shè)計(jì)的分設(shè)型波形梁護(hù)欄提升至SS級(jí)，至今還沒(méi)有可以參考的方案。

本文利用實(shí)車(chē)碰撞試驗(yàn)的方式，驗(yàn)證了杭金衢高速公路改擴(kuò)建工程建設(shè)二期項(xiàng)目在用中央分隔帶橋梁分設(shè)型波形梁護(hù)欄的提升改造方案，利用本文的提升改造方案，使原有中央分隔帶橋梁分設(shè)型波形梁護(hù)欄的防護(hù)能力提升至520kJ。通過(guò)實(shí)車(chē)試驗(yàn)，驗(yàn)證了提升改造方案的安全防護(hù)能力達(dá)到SS級(jí)，提升后護(hù)欄的阻擋功能、導(dǎo)向功能、緩沖功能均滿足SS級(jí)防護(hù)能力要求，防護(hù)能力達(dá)到520kJ。

1、現(xiàn)有分設(shè)型波形梁護(hù)欄現(xiàn)狀分析

本文依托杭金衢高速公路改擴(kuò)建工程建設(shè)二期項(xiàng)目，杭金衢高速公路工程建設(shè)項(xiàng)目為1999年10月設(shè)計(jì)，交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)依據(jù)為JTJ 074-94《高速公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)及施工技術(shù)規(guī)范》和JT/T 281-1995《高速公路波形梁鋼護(hù)欄》。

其中，立柱間距：4m（加強(qiáng)段2m），橫梁中心高度：60cm（距離路緣石頂面），護(hù)欄板選用4320×310×85×3（mm），立柱為Φ140×2000×4.5（mm），選用防阻塊178×200×3（mm）。

現(xiàn)有護(hù)欄圖紙如下圖所示。

2、提升改造方案防護(hù)能力分析

2.1 提升改造方案設(shè)計(jì)

對(duì)現(xiàn)有分設(shè)型波形梁護(hù)欄提出了如下提升改造方案：

1.新增□130×130×6法蘭立柱，通過(guò)M30化學(xué)錨栓固定法蘭盤(pán)，螺栓植入深度為25cm，立柱間距2m。

2.新增3mm厚三波形梁板，通過(guò)自適應(yīng)調(diào)節(jié)高度防阻塊（圖3）連接在立柱上，護(hù)欄板中心高度為697mm。

3.兩塊既有護(hù)欄板通過(guò)短防阻塊和螺栓連接在立柱上，中心高度為1194mm。

2.2提升改造方案防護(hù)能力有限元仿真分析

根據(jù)JTG B05-01—2013《公路護(hù)欄安全性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》[6]中對(duì)六級(jí)（SS）防護(hù)等級(jí)護(hù)欄試驗(yàn)碰撞條件的規(guī)定，對(duì)提升改造方案中的護(hù)欄進(jìn)行了實(shí)車(chē)碰撞試驗(yàn)驗(yàn)證，SS級(jí)護(hù)欄碰撞條件如表2。

下圖為小型客車(chē)、大型客車(chē)和大型貨車(chē)碰撞碰撞前后的狀態(tài)，車(chē)輛碰撞護(hù)欄后，駕駛艙和乘員艙均未造成致命性損傷。

下圖為改造后的護(hù)欄被車(chē)輛碰撞碰撞前后的狀態(tài)，車(chē)輛碰撞護(hù)欄后，護(hù)欄未發(fā)生斷裂現(xiàn)象，護(hù)欄完整性較好，未發(fā)生碎片飛落情況。

記錄了小型客車(chē)的加速度值，車(chē)體重心X和Y方向的加速度，其中X向加速度峰值為38.22 m/s2，Y向加速度峰值為91.14 m/s2，提升改造方案具有較好的緩沖功能。

下圖為小型客車(chē)、大型客車(chē)和大型貨車(chē)碰撞護(hù)欄的運(yùn)行軌跡，車(chē)輛碰撞護(hù)欄后，均順利導(dǎo)出，護(hù)欄的阻擋和導(dǎo)向功能均滿足防護(hù)要求。

綜合以上結(jié)果分析，橋梁段分設(shè)型護(hù)欄提升至SSm級(jí)，在SS級(jí)（六級(jí)）小型客車(chē)、大型客車(chē)和大型貨車(chē)碰撞條件下，經(jīng)實(shí)車(chē)足尺碰撞試驗(yàn)，該護(hù)欄的阻擋功能、導(dǎo)向功能、緩沖功能指標(biāo)符合JTG B05-01—2013《公路護(hù)欄安全性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

該護(hù)欄標(biāo)準(zhǔn)段的小型客車(chē)、大型客車(chē)和大型貨車(chē)安全性能滿足SS級(jí)（六級(jí)）防護(hù)等級(jí)要求。

3、總結(jié)

1）本文提出了一種杭金衢高速公路改擴(kuò)建工程建設(shè)二期項(xiàng)目現(xiàn)有中央分隔帶分設(shè)型波形梁護(hù)欄的防護(hù)能力提升改造方案。

2）利用實(shí)車(chē)足尺碰撞試驗(yàn)驗(yàn)證的方式，對(duì)提升改造方案的安全防護(hù)能力進(jìn)行驗(yàn)證，提升后護(hù)欄的阻擋功能、導(dǎo)向功能、緩沖功能均滿足SS級(jí)防護(hù)能力要求，防護(hù)能力達(dá)到520kJ。

3）提升改造方案每延米新增用鋼量為40kg。

參考文獻(xiàn)

[1] 《提升公路橋梁安全防護(hù)能力專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)技術(shù)指南》[S].

[2]《高速公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)及施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 074-94）[S].

[3] 《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D81-2006） [S].

[4] 《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D81-2017） [S].

[5] 《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D81-2017） [S].

[6] 《公路護(hù)欄安全性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B05-2013） [S].

[7] 陳岳峰，陳禮彪，曾俊鋮. 高速公路跨鐵路橋梁護(hù)欄安全性能提升研究[J]. 公路. 2021年04期.

[8] 付曉鵬. 橋梁梁柱式型鋼護(hù)欄結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[J]. 橋梁建設(shè). 2016年05期.

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