呼和浩特市某城市快速路改造提升工程中防撞護(hù)欄類型的應(yīng)用研究

康師表，殷光耀，楊波，劉鵬

(呼和浩特市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

引言

目前，國內(nèi)城市快速路主要采用鋼筋混凝土防撞護(hù)欄和組合式防撞護(hù)欄。選擇這兩種護(hù)欄的主要考慮因素有：

(1)護(hù)欄自身剛度大，在碰撞發(fā)生時(shí)，變形量小，車輛不易沖出車道發(fā)生二次事故[1]；

(2)可有效解決防撞護(hù)欄與聲屏障、交安智能桿件以及燈桿的位置關(guān)系。

(3)后期維修養(yǎng)護(hù)成本低、安全性好。

目前鋼結(jié)構(gòu)防撞護(hù)欄主要應(yīng)用于跨江及跨河橋梁，在城市快速路應(yīng)用較少。

1 工程概況

呼和浩特市昭烏達(dá)路哲里木路改造提升工程起于南二環(huán)快速路，沿哲里木路北上止于北二環(huán)快速路，路線全長約9.6km，主線標(biāo)準(zhǔn)段和平行匝道采用全預(yù)制拼裝技術(shù)。該快速路南北橫穿呼和浩特市中心主城區(qū)，因此其對景觀設(shè)計(jì)也提出了較高要求。本工程原設(shè)計(jì)方案中橋梁采用鋼筋混凝土防撞護(hù)欄，為提高其景觀效果、增強(qiáng)行車舒適性，現(xiàn)對鋼結(jié)構(gòu)防撞護(hù)欄這一結(jié)構(gòu)新穎、景觀效果較好的新型城市快速路橋梁護(hù)欄形式進(jìn)行可行性研究。

2 防撞護(hù)欄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 防撞護(hù)欄與聲屏障的位置關(guān)系

(1)混凝土防撞護(hù)欄

快速路主線高架橋標(biāo)準(zhǔn)段寬25.5m，雙向六車道，橋梁上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土小箱，原設(shè)計(jì)方案中混凝土防撞護(hù)欄寬500mm(外挑150mm)，實(shí)際占用小箱梁結(jié)構(gòu)寬350mm，聲屏障置于護(hù)欄上方。

圖1 呼市南北高架主線標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖(混凝土防撞護(hù)欄)

圖2 呼市南北高架混凝土防撞護(hù)欄構(gòu)造圖

(2)鋼結(jié)構(gòu)防撞護(hù)欄

為確保快速路運(yùn)營過程中聲屏障的使用安全，本方案擬將聲屏障布設(shè)于鋼結(jié)構(gòu)防撞護(hù)欄外側(cè)。鋼結(jié)構(gòu)防撞護(hù)欄與聲屏障并排放置，橫向總寬度850mm，由于主線標(biāo)準(zhǔn)段和平行匝道采用全預(yù)制拼裝技術(shù)，為保證橋梁上部結(jié)構(gòu)寬度不變，需單向外挑500mm。

圖3 呼市南北高架主線標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖(鋼結(jié)構(gòu)防撞護(hù)欄)

圖4 呼市南北高架鋼結(jié)構(gòu)防撞護(hù)欄構(gòu)造圖

2.2 防撞護(hù)欄與交安智能桿件、燈桿的位置關(guān)系

(1)混凝土防撞護(hù)欄

混凝土防撞護(hù)欄中聲屏障布置于護(hù)欄上方，路燈及智能交安桿件布置于護(hù)欄外側(cè)，聲屏障及護(hù)欄連成一體，無需斷開。

圖5 混凝土防撞護(hù)欄與各類桿件位置關(guān)系效果圖

(2)鋼結(jié)構(gòu)防撞護(hù)欄

鋼結(jié)構(gòu)防撞護(hù)欄中燈桿及小型交安智能桿件基礎(chǔ)布置于聲屏障外側(cè)；聲屏障僅在遇部分大型交安智能桿件(龍門架等)時(shí)，需斷開。

圖6 混凝土防撞護(hù)欄與各類桿件位置關(guān)系效果圖

2.3 防撞護(hù)欄中照明、只能交通等管線布設(shè)方式

根據(jù)照明及智能交通等管線使用要求，昭烏達(dá)路改造提升工程主線高架需預(yù)埋至少4根Φ75的PVC管。

(1)混凝土防撞護(hù)欄

混凝土防撞護(hù)欄中PVC管線預(yù)埋置護(hù)欄內(nèi)部。

圖7 混凝土防撞護(hù)欄中預(yù)埋管線布置方式

(2)鋼結(jié)構(gòu)防撞護(hù)欄

①鋼結(jié)構(gòu)防撞護(hù)欄中PVC管線以橋架的方式布設(shè)于聲屏障基礎(chǔ)下方。

圖8 鋼結(jié)構(gòu)防撞護(hù)欄中預(yù)埋管線布置方式-1

②鋼結(jié)構(gòu)防撞護(hù)欄中PVC管線預(yù)埋置護(hù)欄內(nèi)部。

圖9 鋼結(jié)構(gòu)防撞護(hù)欄中預(yù)埋管線布置方式-2

2.4 防撞護(hù)欄防墜落物的安全保障措施

(1)混凝土防撞護(hù)欄

混凝土防撞護(hù)欄可有效避免車輪飛石墜落橋下，且不容易形成冰錐，故可不做安全保障措施。

圖10 混凝土防撞護(hù)欄聲屏障效果圖

(2)鋼結(jié)構(gòu)防撞護(hù)欄

為避免橋上車輪飛石、冰錐等墜落引起橋下車輛及行人的安全事故，鋼結(jié)構(gòu)防撞護(hù)欄在未設(shè)置聲屏障的路段需設(shè)置隔離柵。

圖11 鋼結(jié)構(gòu)防撞護(hù)欄聲屏障效果圖

2.5 防撞護(hù)欄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)算

(1)橋面鋪裝

橋面鋪裝10cm鋼筋混凝土鋪裝0.1*1*25=2.5KN/m，10cm瀝青混凝土0.1*1*24=2.4；合計(jì)：4.9KN/m，按均布荷載施加；

(2)聲屏障荷載計(jì)算

①風(fēng)荷載計(jì)算

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[2](GB 50009-2012)，按重現(xiàn)期為50年的基本風(fēng)壓計(jì)算風(fēng)荷載。

按圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算：

wk=βgzμslμzw0

(2-1)

式中：βgz——高度z處的陣風(fēng)系數(shù)，根據(jù)規(guī)范取1.59；

μsl——風(fēng)荷載局部體型系數(shù)，取1.30；

μz——風(fēng)壓高度變化系數(shù)，取1.39；

w0——基本風(fēng)壓(可kN/m2)，取0.6kN/m2。

wk=βgzμslμzw0=1.59×1.30×1.39×0.6

=1.724kN/m2

聲屏障長度、高度分別取L=2.04m、H=5.50m。

則風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：

Fwb=wk·L·H=1.724×2.04×5.5=19.34kN

(2-2)

②風(fēng)荷載對小箱梁頂板產(chǎn)生的彎矩

聲屏障基座高(基座頂?shù)叫∠淞喉?h=0.55m

聲屏障風(fēng)荷載對小箱梁頂板產(chǎn)生的彎矩：

(2-3)

③聲屏障自重計(jì)算(包括H型鋼立柱、吸聲板)G1=6.59kN

(3)鋼護(hù)欄荷載計(jì)算

①碰撞力產(chǎn)生的彎矩計(jì)算

SA級防撞護(hù)欄考慮汽車撞擊作用,根據(jù)《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》3.5.5條得到P=410.0kN，可得橋面板上的彎矩為：

M2=410/(1.55+2.4+1.55)×0.9=67.1KN·m

(2-4)

②鋼護(hù)欄自重G2=1.03 kN

③基座自重G3=14.77 kN

④基座對小箱梁頂板產(chǎn)生的彎矩

M3=14.77 ×0.1=1.48kN

荷載統(tǒng)計(jì)如下：

表1 小箱梁懸臂端部豎向荷載

表2 小箱梁懸臂端部彎矩

(4)汽車荷載

按城市橋梁荷載《標(biāo)準(zhǔn)》4.1.3.1，總重70t，車輪著地尺寸縱x橫=a1xb1=0.25x06m。

(5)驗(yàn)算結(jié)果

(a)承載能力極限狀態(tài)正截面強(qiáng)度驗(yàn)算

取小箱梁懸臂根部截面進(jìn)行驗(yàn)算，受力鋼筋采用HRB400級，直徑為25mm，間距100mm，鋼筋中心距離截面邊緣的距離為55mm，按受彎構(gòu)件進(jìn)行驗(yàn)算。

圖12 承載能力極限狀態(tài)最大抗力及對應(yīng)內(nèi)力包絡(luò)圖(紅線為最大抗力，黑線為組合內(nèi)力)

圖13 承載能力極限狀態(tài)最小抗力及對應(yīng)內(nèi)力包絡(luò)圖(紅線為最小抗力，黑線為組合內(nèi)力)

從圖中可以看出，小箱梁邊梁處控制斷面的抗力大于相應(yīng)內(nèi)力，滿足規(guī)范要求。

(b)正常使用階段抗裂驗(yàn)算

裂縫依據(jù)《公預(yù)規(guī)》(JTG D62-2004)6.4.3條公式(6.4.3-1、2)計(jì)算，裂縫控制寬度根據(jù)上述規(guī)范第6.4.2條按Ⅰ類和Ⅱ類環(huán)境裂縫限制0.2mm控制。

圖14 正常使用極限狀態(tài)短期效應(yīng)組合橋面板裂縫圖(紅線為上緣，黑線為下緣)

從圖中可以看出，小箱梁邊梁處裂縫寬度小于0.2mm，滿足規(guī)范要求。

3 防撞護(hù)欄方案對比分析

表3 防撞護(hù)欄方案對比分析表

4 結(jié)論

由于城市快速路高架上部附屬設(shè)施種類及數(shù)量繁多，當(dāng)采用鋼結(jié)構(gòu)防撞護(hù)欄時(shí)，其相應(yīng)細(xì)部節(jié)點(diǎn)處理復(fù)雜，且聲屏障需在龍門架位置處斷開，影響其降噪效果；且鋼結(jié)構(gòu)防撞護(hù)欄外側(cè)安裝聲屏障或隔離柵，在整體景觀效果上并不能較好體現(xiàn)出鋼結(jié)構(gòu)防撞護(hù)欄通透性好、線型優(yōu)美、色彩絢麗等特點(diǎn)，將降低橋梁景觀效果。因此目前國內(nèi)城市快速路較少采用鋼結(jié)構(gòu)防撞護(hù)欄。