1.前言

橋梁安全防護設施是橋梁工程建設的重要內(nèi)容之一，其主要包括防撞護欄、緩沖設施、限界結(jié)構(gòu)防撞設施、人行護欄以及防拋網(wǎng)、隔離柵等其他安全防護設施，必須與土建工程同步設計、同步施工、同步投入生產(chǎn)使用，在具體實施時應堅持“以人為本、預防為主、系統(tǒng)設計、重點突出”的基本原則。其中，防撞護欄是橋梁安全防護設施的重中之重，關乎橋梁運營安全和人民生命財產(chǎn)安全。

近年來，國務院安全生產(chǎn)委員會、住房和城鄉(xiāng)建設部相繼下發(fā)了《關于加強公交車行駛安全和橋梁防護工作的意見》 （安委〔2018〕6號）、《關于開展城市橋梁安全防護設施隱患排查整治工作的通知》 （建辦城電〔2018〕46號），橋梁安全防護設施引發(fā)業(yè)內(nèi)高度重視?，F(xiàn)行國家標準《城市道路交通設施設計規(guī)范》和行業(yè)標準《城市橋梁設計規(guī)范》關于橋梁防撞護欄的相關章節(jié)亦進行了相應修訂，并已于2019年9月1日發(fā)布實施。本文結(jié)合城市橋梁特點和規(guī)范最新修編的相關內(nèi)容，對城市橋梁中防撞護欄設計與計算進行技術(shù)分析。

2.防撞護欄設計

2.1 防撞護欄安裝條件

此次《城市橋梁設計規(guī)范》和《城市道路交通設施設計規(guī)范》修編后，對橋梁防撞護欄的安裝要求和標準作出明確規(guī)定：

1.對于存在以下情況時必須設置防撞護欄：

①臨空高度大于6.0m或水深大于5.0m；

②跨越急流、重要道路、鐵路、主要航道、軌道交通、水源保護區(qū)、人員密集區(qū)和人員通道等；

③特大懸索橋、斜拉橋、拱橋等纜索承重橋梁或跨海大橋。

2.對于存在以下情況時宜設置防撞護欄：

①設計速度大于或等于50km/h的城市主干路或次干路；

②臨空高度大于3.0m小于6.0m或水深大于2.0m小于5.0m；

③跨越道路、橋梁等人工構(gòu)筑物時；

④橋面常有積冰、積雪時。

由此可見，必須設置和宜設置防撞護欄的橋梁，在具體工程案例中覆蓋面將達到90%以上。換言之，在城市橋梁設計中，不同的斷面布置型式和不同的道路交通等級，車行道外側(cè)大概率存在設置防撞護欄的客觀需要。

2.2 防撞護欄形式選擇

防撞護欄按其類型可分為剛性護欄、柔性護欄、半剛性護欄，在具體設計時應考慮如下因素：

一是橋梁護欄的防撞性能，主要體現(xiàn)在能有效吸收設計碰撞能量并使其正確改變行駛方向。

二是受碰撞后的護欄變形程度，主要體現(xiàn)在最大動態(tài)位移外延值或最大動態(tài)外傾當量值。

三是環(huán)境和景觀的要求，如梁體結(jié)構(gòu)型式及承重要求、積雪地區(qū)的特殊要求以及景觀通透性要求等方面。

四是橋梁主體結(jié)構(gòu)及承重要求以及護欄的全壽命周期成本等。

對于城市橋梁來說，綜合上述因素條件，比較廣泛采用的還是臨空側(cè)以安裝剛性護欄為主，中央分隔帶及機非分隔帶側(cè)以安裝剛性護欄或半剛性護欄為主。

2.3 防撞護欄安裝方式選擇

按照安裝位置，可分為路側(cè)護欄和中央分隔帶護欄。

對于城市橋梁來說，中央分隔帶護欄位于左路肩，不受慢行交通及橋梁美觀性要求的制約，其設計與安裝相對簡易，直接沿中央分隔帶進行現(xiàn)澆安裝即可實現(xiàn)。

至于橋梁路側(cè)護欄，應根據(jù)橋梁斷面布置的差異，進行合理的選擇和設計。

①對于機非分離的城市橋梁， 如機非分隔帶寬度≥200cm時，臨空側(cè)可不再安裝防撞護欄；如機非分隔帶寬度＜200cm時，沿機非分隔帶的臨機動車道側(cè)需設置防撞護欄。

②對于機非共面的城市橋梁，如按照前述要求需要設置防撞護欄時，可選擇在機非分隔處設置，防撞護欄與橋梁主體應牢固連接。對于改建橋梁，如安裝連接困難，也可選擇預制的新澤西護欄，但機非防撞護欄的斷頭應按規(guī)范規(guī)定安裝防撞斷頭等緩沖設施，并配以明確的標志標線。

對于該類橋梁，機非分隔處設置防撞護欄后，人行道臨空側(cè)仍可安裝人行護欄，基本不影響橋梁的立面通透性和景觀性等方面的要求。

③對于路側(cè)無非機動車道和人行道的機動車專用橋梁，應在路側(cè)直接設置防撞護欄。

2.4 防撞護欄的防護等級選擇

按照現(xiàn)行《城市道路交通設施設計規(guī)范》，常規(guī)城市橋梁一般涉及五個防護等級，分別為B、A、SB、SA、SS級。對于因橋梁線形、橋梁高度、橋下水深、車輛構(gòu)成、交通量或其他不利現(xiàn)場條件等因素易造成更嚴重碰撞后果的路段，應在下表的基礎上提高1個及以上等級。其中，跨越大型飲用水水源一級保護區(qū)橋梁、特大懸索橋、斜拉橋等纜索承重橋梁，防護等級宜采用HB級別。因此，城市橋梁共涉及B、A、SB、SA、SS、HB六個防護等級，對于碰撞能量低于70KJ（C級及以下）或高于640KJ（HB級以上）時，防撞護欄應確定特殊的碰撞條件。

3.防撞護欄的計算分析

如前所述，城市橋梁以現(xiàn)澆鋼筋混凝土剛性護欄的應用最為普遍，而此類護欄的設置條件往往是在邊梁的翼緣板端部，是橋梁主體結(jié)構(gòu)相對薄弱的位置。本文就以裝配式預應力混凝土小箱梁臨空側(cè)設置的SS級鋼筋混凝土剛性護欄為例，進行計算分析。

防撞護欄的設計計算與防護等級、碰撞條件等因素密切相關。防撞護欄按照承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別進行作用組合，并取各自最不利組合進行設計；在進行承載能力極限狀態(tài)設計時，應考慮基本組合和偶然組合兩種作用效應。護欄對橫向荷載的抗力標準值RW采取屈服線分析方法確定，荷載分項系數(shù)、荷載組合值系數(shù)按現(xiàn)行《公路橋涵設計通用規(guī)范》的規(guī)定采用，其中橫向和縱向荷載不與豎向荷載進行組合。

表1 橋梁防撞護欄防護等級使用條件明細

表2 防撞護欄的防護等級與防護能量對照

圖1 裝配式小箱梁路側(cè)防撞護欄構(gòu)造及配筋示意圖

根據(jù)《公路交通安全設施設計細則》（JTG/T D81-2017）可知：對于SS級橋梁防撞護欄，汽車橫向碰撞荷載標準值Ft為520kN，荷載分布長度Lt為240cm。裝配式預應力混凝土小箱梁懸臂長度按照常用值取86.6cm，SS護欄高度為110cm；考慮結(jié)構(gòu)保護層及鋪筑層，防撞護欄計算高度H取125cm。

3.1 防撞護欄橫向荷載抗力標準值計算分析

根據(jù)《公路交通安全設施設計細則》，護欄的總的橫向承載能力RW按照下式計算：

其中，LC為屈服線破壞模式的臨界長度；MW為護欄關于其豎向軸的彎曲承載力矩；Mb為護欄頂部除MW之外的橫梁附加彎曲承載力矩；MC為懸臂型護欄關于橋梁縱軸的彎曲承載力矩。其計算值分別為：

3.2 防撞護欄結(jié)構(gòu)配筋設計分析

在橋梁鋼筋混凝土防撞護欄設計工程案例中，經(jīng)計算分析可知，防撞護欄自身的強度在配筋設計方面很容易滿足受力要求，但防撞護欄與小箱梁懸臂板形成整體后，小箱梁懸臂板配筋率是結(jié)構(gòu)強度設計主要控制節(jié)點。根據(jù)《公路交通安全設施設計細則》可知，橋面板每單位長度的拉力T計算如下：

據(jù)此，可根據(jù)預制小箱梁翼緣板截面尺寸、懸臂長度等構(gòu)造尺寸，結(jié)合上述計算數(shù)據(jù)，即可完成SS級橋梁防撞護欄設計配筋工作。

4.結(jié)論

在城市橋梁工程設計工作中，橋梁防撞護欄作為橋梁主體的附屬工程在設計時往往不易引起設計人員的足夠重視。設計人員通常認為按照橋梁防護等級的規(guī)定，將其構(gòu)造尺寸、結(jié)構(gòu)自身強度符合規(guī)范要求且保證與橋梁主體結(jié)構(gòu)可靠連接即可實現(xiàn)設計目標。但通過上述分析可知，與防撞護欄相連接的橋面翼緣板強度往往是受力計算的控制性節(jié)點，尤其是裝配式空心板、裝配式小箱梁其翼緣板截面尺寸較小表現(xiàn)更為顯著。隨著近年來對公路及市政行業(yè)對橋梁安全防護設施的高度重視，在進行橋梁防撞護欄設計時，應因地制宜綜合考慮其安裝條件、安裝方式、防護等級等因素并強化精確計算分析，變得尤為重要。