現有城市橋梁護欄專項評估分析

黃業川

（重慶市市政設計研究院，重慶400020）

隨著城市的快速發展，人民的生活節奏在不斷加快，城市道路也在不斷提速。橋梁作為城市交通重要組成部分，但橋梁護欄則是人民最后一道生命安全線。通過對現有橋梁護欄進行專項評估分析，從而保證現有城市橋梁的運營安全，進一步保障車輛過往橋梁時的行駛安全及市民的生命安全。

1 橋梁護欄分類

根據《公路交通安全設施設計細則》（JTG/T D81-2017），護欄型式分為：金屬梁柱式護欄、組合式護欄、混凝土護欄。本文以組合式護欄為例對橋梁護欄專項評估分析進行具體說明。

2 評估內容

橋梁護欄專項評估分析內容有以下幾點：

2.1 核實護欄構造尺寸是否滿足規范要求；

2.2 計算分析護欄局部構件是否滿足規范要求；

2.3 計算分析護欄基礎底部抗剪能力是否滿足規范要求。

3 評估方法

橋梁護欄專項評估首先確定橋梁護欄等級；通過現場對橋梁護欄的數據采集，判定橋梁護欄斷面尺寸是否滿足構造要求，對構造尺寸滿足規范要求的護欄，進一步計算分析護欄是否滿足規范要求。橋梁護欄專項評估分析具體流程如圖1 所示。

4 工程實例

4.1 橋梁概況

某橋為2 跨預應力混凝土連續箱梁橋，橋梁總長80m，跨徑組合為2×40m，車行道寬12.7m。根據該橋設計資料，橋梁設計車速為60km/h，道路等級為城市主干路，護欄型式為組合式護欄，護欄等級為SA 級。

4.2 現場實測數據

橋梁護欄斷面尺寸測量根據《城市橋梁工程施工與質量驗收規范》（CJJ 2-2008）第20.8.6 條防護設施質量檢驗的規定：橋梁護欄斷面尺寸檢驗頻率為每20m 一個點。某橋總長為80m，護欄型式為組合式，現場測量了4 組護欄斷面尺寸，統計匯總如

圖1 橋梁護欄專項評估分析工作流程圖

表1 橋梁護欄夠造尺寸匯總表（單位：cm）

表2 橋護欄代表值計算匯總（單位：cm）

注：根據《城市橋梁工程施工與質量驗收規范》（CJJ 2-2008）第20.8.6 條防護設施質量檢驗的規定：橋梁護欄斷面尺寸允許偏差為±5mm。表1。

4.3 數據處理及對比分析

數據處理參照《公路工程質量檢驗評定標準第一冊土建工程》（JTG F80-1-2017）中代表值K（算數平均值的下置信界限）的計算方法，如下所示。通過上述計算求得橋護欄各構造尺寸代表值見表2。

根據《公路交通安全設施設計細則》（JTG/T D81-2017），組合式SA 級護欄總高規范規定值為≥100cm。某橋護欄總高實測代表值為104.1cm，大于規范規定值100.0cm，護欄迎撞面截面形狀滿足規范要求，同時現場檢測發現護欄立柱無松動、螺栓無缺失。故某橋護欄夠造尺寸滿足規范要求。

4.4 計算分析

為進一步確定其護欄是否滿足規范要求，對其護欄進行計算分析，具體如下：

4.4.1 分布寬度

關于車輛撞擊力在護欄上的分布寬度，《公路交通安全設施設計規范》（JTG D81-2017）第3.5.5 條中規定：對于SB、SA、SS、HB、HA 級護欄取值為2.4m。某橋護欄等級為SA 級，故車輛撞擊力在護欄上的分布寬度取2.4m。

4.4.2 計算力的確定

本次計算依據《公路交通安全設施設計規范》（JTG D81-2017）條文說明3.5.5 中基于一定假定的車輛與護欄碰撞數學模型，車輛的最高速度不超過本道路的設計控制速度，最終得到不同車輛下撞擊力如表3。

表3 不同車型撞擊力匯總表

4.4.3 建立有限元分析模型

采用大型有限元分析軟件ANSYS 進行實體模型分析。為了較為真實的模擬護欄撞擊效果，混凝土護欄沿縱向選取20m 為計算對象，采用精度較高的solid92 實體單元模擬混凝土結構,shell6 殼單元模擬鋼管級鋼板結構。全部護欄共劃分為43336個單元，70376 個節點。護欄底部采用全部固結約束模擬護欄錨固邊界條件。坐標系約定：以縱橋向為Z 軸，橫橋向為X 軸，豎向為Y 軸。

圖2 組合式護欄有限元實體模型

4.4.4 計算分析結果

通過計算分析，計算結果匯總如表4。

表4 各工況下計算指標結果匯總表

2、變形均以mm 為單位。

由表4 可知，橋梁護欄的變形較小，最大變形值為0.237mm，符合剛性護欄的假定。在小型客車撞擊下，各個方向的應力指標均較低，基本都在C40 混凝土設計強度范圍以內。在大型客車及大型貨車撞擊下，壓應力值均在混凝土抗壓設計強度范圍內，但是豎向最大拉應力已經大幅度超過了混凝土抗拉強度，即混凝土護欄將會出現一部分水平裂縫。大型貨車撞擊工況下，混凝土護欄根部水平開裂范圍大致為底寬的1/6。然而，護欄底部的一部分混凝土失效，并不代表混凝土護欄完全破壞，關鍵在于底部截面能否能夠滿足強度要求。而截面強度驗算與鋼筋信息相關。

4.4.5 護欄底部抗剪承載能力驗算

圖3

在車輛撞擊下，護欄縱向參與受力長度取2.4m，抗剪驗算時，取長度為2.4m，寬度0.336m（不算掛板厚）的矩形截面作為抗剪驗算截面。由于在各種車輛撞擊下承受剪力的截面一致，驗算時取撞擊力最大的車輛工況進行計算。

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》JTG 3362-2018 中第5.2.11 條規定，對先抗剪截面進行驗算。

可見抗剪截面滿足規范要求。

另外：

根據規范第5.2.12 條規定，可不進行斜截面承載能力驗算。僅按構造配筋即可。

4.5 結論

通過對某橋護欄實測代表值與規范值對比分析，護欄構造尺寸滿足規范要求，且計算分析其防撞承載能力滿足規范要求，故該橋護欄性能滿足規范要求。

結束語

本文通過對現有城市橋梁護欄專項評估分析，客觀評價目前橋梁所設置的護欄性能是否滿足現行規范要求，從而為后期城市橋梁護欄的改造提供一定的參考意義。