張門哲，劉明虎，亢寒晶，唐守峰，劉思源

（1.湖北石首長江公路大橋有限公司，湖北 荊州 434400；2.中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司，北京市 100088；3.北京華路安交通科技有限公司，北京市 100071）

0 引言

中央分隔帶護欄作為一種重要交通安全防護設(shè)施，在防止車輛穿越中央分隔帶與對向車輛碰撞方面發(fā)揮了重要作用[1]。尤其對于橋梁中央分隔帶，因為不同的現(xiàn)場條件，一旦發(fā)生車輛穿越中央分隔帶護欄事故，造成后果可能更為嚴重。高速公路橋梁多為左右分幅建設(shè)，中央分隔帶護欄大部分按照與橋側(cè)護欄相同的方式，兩道橋梁翼緣板共設(shè)置兩道懸臂式混凝土護欄與橋面進行可靠連接[2]。但是對于中央分隔帶相鄰的翼緣板距離較近的情況，可以利用翼緣板端部作為嵌固槽，通過嵌固的方式設(shè)置中央分隔帶護欄。因此提出一種橋梁嵌固式基礎(chǔ)中央分隔帶混凝土護欄，混凝土墻體嵌固在相鄰的翼緣板之間，并將原先需要設(shè)置兩道護欄的情況變成一道，在保證安全性能的同時，具有節(jié)約成本、便于施工、占用橋梁面積小等諸多優(yōu)點，但需要對其安全性能進行分析論證。

依托某特大橋工程，采用計算機仿真分析和實車碰撞試驗相結(jié)合的方法[3]，對橋梁嵌固式基礎(chǔ)中央分隔帶混凝土護欄安全防護性能進行分析論證。

1 護欄結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的橋側(cè)混凝土護欄通過在橋梁板內(nèi)設(shè)置基礎(chǔ)連接筋的方式錨固護欄墻體，如圖1所示。橋梁嵌固式基礎(chǔ)中央分隔帶混凝土護欄則無需該項操作，在嵌固基礎(chǔ)上直接綁筋、支模、澆筑即可。圖2為橋梁嵌固式基礎(chǔ)中央分隔帶混凝土護欄結(jié)構(gòu)圖。護欄嵌固在翼緣板之間，嵌固部分上部寬度1 m，底部寬度0.6 m，底部兩側(cè)通過橋梁翼緣板嵌固深度為0.19 m，護欄路面以上總高度1.02 m，護欄頂部設(shè)置阻爬坎。護欄設(shè)計防護等級為SA級。

圖1 傳統(tǒng)橋側(cè)混凝土護欄斷面圖

圖2 橋梁中央分隔帶嵌固式基礎(chǔ)混凝土護欄結(jié)構(gòu)圖（單位：cm）

2 護欄安全性能仿真分析

通過試驗與仿真模型的對比，驗證仿真模型的準確性，采用經(jīng)過驗證的高精度計算機仿真模型對橋梁嵌固式基礎(chǔ)混凝土護欄進行安全性能分析[4-6]。

2.1 仿真模型驗證

圖3為某混凝土護欄車輛碰撞實車試驗與仿真模擬碰撞結(jié)果的對比圖示，圖4為某混凝土護欄臺車實際試驗與仿真模擬碰撞結(jié)果的對比圖示。從中可以看到仿真和試驗混凝土護欄裂紋效果一致，說明仿真模型具有較高的準確性。

圖3 車輛碰撞混凝土破壞情況對比圖示

圖4 臺車試驗混凝土破壞情況對比圖示

圖5為某特高等級混凝土護欄車輛碰撞計算機實車足尺碰撞試驗與仿真模擬結(jié)果的對比圖示。從中可以看到車輛碰撞過程中的姿態(tài)基本一致，驗證了仿真模型模擬的準確性，為采用該仿真模型進行橋梁嵌固式基礎(chǔ)中央分隔帶混凝土護欄的安全性能分析奠定了基礎(chǔ)。

圖5 車輛碰撞護欄過程對比圖示

2.2 計算機仿真分析

按照設(shè)計結(jié)構(gòu)建立橋梁嵌固式基礎(chǔ)中央分隔帶混凝土護欄結(jié)構(gòu)仿真模型如圖6所示，按照碰撞條件要求采用車輛模型對該護欄結(jié)構(gòu)進行安全性能分析。

圖6 橋梁嵌固式基礎(chǔ)混凝土護欄結(jié)構(gòu)圖示

2.2.1 SA級碰撞條件計算機仿真分析

橋梁嵌固式基礎(chǔ)中央分隔帶混凝土護欄設(shè)計防護等級為SA級，按照SA級碰撞條件建立車輛碰撞護欄模型，分析護欄的安全性能。碰撞條件如表1所列。

表1 SA級護欄的碰撞實驗條件及防護能量一覽表

圖7為小客車碰撞過程之圖示，可見車輛駛出，沒有發(fā)生穿越、翻越、騎跨和下穿護欄現(xiàn)象，碰撞后車輛恢復到正常行駛姿態(tài)[7]。

圖7 小客車碰撞過程之圖示

圖8為小客車碰撞護欄的加速度時程曲線圖，縱向和橫向的乘員碰撞后加速度分別為92.8 m/s2、178.6 m/s2，滿足指標對乘員碰撞后加速度不得大于200 m/s2的要求；圖9為小客車碰撞的速度時程曲線圖，縱向和橫向的乘員碰撞速度分別為3.7 m/s、7.7 m/s，滿足指標對乘員碰撞速度不得大于12 m/s要求。

圖10為小客車行駛軌跡圖，可以看出小客車駛離護欄后10 m未越出駛出框，且車輛駛離后未翻車，護欄導向功能良好。

圖11為大客車碰撞過程之圖示，可見車輛平穩(wěn)駛出，沒有發(fā)生穿越、翻越和騎跨護欄現(xiàn)象，碰撞后車輛恢復到正常行駛姿態(tài)，護欄阻擋功能良好[7]。

圖12為大客車行駛軌跡圖，可以看出大客車駛離護欄后20 m未越出駛出框，且車輛駛離后未翻車，護欄導向功能良好。

圖13為大客車碰撞過程，護欄迎撞面受力曲線圖，峰值為835.8 kN。

圖8 小客車碰撞過程加速度時程曲線圖（單位：m/s2）

圖9 小客車碰撞過程速度時程曲線圖

圖10 小客車碰撞行駛軌跡圖

圖11 SA級大客車碰撞過程之圖示

圖12 SA級大客車碰撞行駛軌跡圖

圖13 SA級大客車碰撞護欄迎撞面受力曲線圖

圖14為大貨車碰撞過程之圖示，可見車輛平穩(wěn)駛出，沒有發(fā)生穿越、翻越、騎跨、下穿護欄現(xiàn)象，碰撞后車輛恢復到正常行駛姿態(tài)，護欄阻擋功能良好[7]。

圖14 SA級大貨車碰撞過程之圖示

圖15為大貨車行駛軌跡圖，可以看出大貨車駛離護欄后20 m未越出8.7 m寬的駛出框，且車輛駛離后未翻車，護欄導向功能良好。

圖15 SA級大貨車碰撞行駛軌跡圖

圖16為大貨車碰撞過程，護欄迎撞面受力曲線圖，峰值為1 619.57 kN。

圖16 SA級大貨車碰撞護欄迎撞面受力曲線圖

通過以上分析結(jié)果可以看出，橋梁嵌固式基礎(chǔ)中央分隔帶混凝土護欄在SA級碰撞條件下，仿真計算各項指標滿足要求，其中大貨車碰撞受力曲線峰值較大。為了進一步驗證橋梁護欄嵌固式基礎(chǔ)可靠性，采用SS級大貨車模型進一步驗證橋梁嵌固式基礎(chǔ)中央分隔帶混凝土護欄的安全性。

2.2.2 SS級大貨車計算機仿真分析

建立SS級大貨車碰撞橋梁嵌固式基礎(chǔ)中央分隔帶混凝土護欄仿真模型，碰撞條件如表2所列。

表2 SS級護欄的碰撞實驗條件及防護能量一覽表

圖17為SS級大貨車碰撞過程之圖示，可見車輛平穩(wěn)駛出，沒有發(fā)生穿越、翻越、騎跨、下穿護欄現(xiàn)象，碰撞后車輛恢復到正常行駛姿態(tài)，護欄阻擋功能良好[7]。

圖17 SS級大貨車碰撞過程之圖示

圖18為大貨車行駛軌跡圖，可以看出大貨車駛離護欄后20 m未越出駛出框，且車輛駛離后未翻車，護欄導向功能良好。

圖18 SS級大貨車碰撞行駛軌跡圖

圖19為大貨車碰撞過程，護欄迎撞面受力曲線圖，峰值為2 510.56 kN。

圖19 SS級大貨車碰撞護欄迎撞面受力曲線圖

3 實車足尺碰撞試驗驗證

采用SS級大貨車碰撞試驗條件組織進行實車足尺碰撞試驗，對橋梁嵌固式基礎(chǔ)中央分隔帶混凝土護欄的安全性能進行進一步驗證。試驗車輛與試驗護欄如圖20所示。

圖20 試驗車輛與試驗護欄之實景

圖21是SS級大貨車碰撞橋梁嵌固式基礎(chǔ)中央分隔帶混凝土護欄過程之圖示，可見車輛平穩(wěn)駛出，沒有發(fā)生穿越、翻越、騎跨、下穿護欄現(xiàn)象，碰撞后車輛恢復到正常行駛姿態(tài)，護欄阻擋功能良好。

圖21 SS級大貨車試驗碰撞過程之圖示

圖22為大貨車行駛軌跡圖，可見大貨車駛離護欄后20 m未越出駛出框，且車輛駛離后未翻車，護欄導向功能良好。

圖22 SS級大貨車試驗碰撞行駛軌跡圖

圖23為大貨車碰撞后車輛損壞情況之實景，車輛前大燈損壞；車輛車體碰撞側(cè)車體與護欄刮擦損壞；車輛前橋損壞。

圖23 大貨車碰撞后車輛損壞情況之實景

圖24為大貨車碰撞基礎(chǔ)嵌固式混凝土護欄后護欄損壞情況之實景，混凝土墻體頂部出現(xiàn)了少量混凝土結(jié)構(gòu)脫落區(qū)域，但未發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，車輛與護欄的刮擦長度為32 m。

圖24 大貨車碰撞后護欄損壞情況之實景

通過試驗測量得到護欄橫向動態(tài)變形值0 m，護欄最大橫向動態(tài)位移外延值0.5 m，車輛最大動態(tài)外傾值1.4 m，車輛最大動態(tài)外傾當量值1.95 m。

SS級大貨車碰撞基礎(chǔ)嵌固式混凝土護欄各項指標均滿足要求，護欄安全防護能力較佳，嵌固式基礎(chǔ)穩(wěn)定可靠。

4 結(jié)語

橋梁嵌固式基礎(chǔ)中央分隔帶混凝土護欄與傳統(tǒng)橋梁中央分隔帶混凝土護欄相比采用了嵌固式基礎(chǔ)，具有節(jié)約成本、便于施工、占用橋梁面積小等優(yōu)點，通過計算機仿真分析，SA級的小客車、大客車、大貨車碰撞和SS級大貨車碰撞橋梁嵌固式基礎(chǔ)中央分隔帶混凝土護欄各項指標均滿足要求；采用SS級大貨車進行實車足尺碰撞試驗，經(jīng)驗證橋梁嵌固式基礎(chǔ)中央分隔帶混凝土護欄具有較好防護能力，在實際中的應(yīng)用可以有效地維護公路行車安全。