黃業(yè)川
(重慶市市政設計研究院,重慶400020)
隨著城市的快速發(fā)展,人民的生活節(jié)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(xiàn)有橋梁護欄進行專項評估分析,從而保證現(xiàn)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。
根據(jù)《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。
橋梁護欄專項評估分析內(nèi)容有以下幾點:
2.1 核實護欄構(gòu)造尺寸是否滿足規(guī)范要求;
2.2 計算分析護欄局部構(gòu)件是否滿足規(guī)范要求;
2.3 計算分析護欄基礎底部抗剪能力是否滿足規(guī)范要求。
橋梁護欄專項評估首先確定橋梁護欄等級;通過現(xiàn)場對橋梁護欄的數(shù)據(jù)采集,判定橋梁護欄斷面尺寸是否滿足構(gòu)造要求,對構(gòu)造尺寸滿足規(guī)范要求的護欄,進一步計算分析護欄是否滿足規(guī)范要求。橋梁護欄專項評估分析具體流程如圖1 所示。
某橋為2 跨預應力混凝土連續(xù)箱梁橋,橋梁總長80m,跨徑組合為2×40m,車行道寬12.7m。根據(jù)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。
橋梁護欄斷面尺寸測量根據(jù)《城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范》(CJJ 2-2008)第20.8.6 條防護設施質(zhì)量檢驗的規(guī)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(xiàn)場測量了4 組護欄斷面尺寸,統(tǒng)計匯總?cè)?/p>
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(jù)《城市橋梁工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范》(CJJ 2-2008)第20.8.6 條防護設施質(zhì)量檢驗的規(guī)定:橋梁護欄斷面尺寸允許偏差為±5mm。表1。
數(shù)據(jù)處理參照《公路工程質(zhì)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(shù)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(gòu)造尺寸代表值見表2。
根據(jù)《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(guī)范規(guī)定值為≥100cm。某橋護欄總高實測代表值為104.1cm,大于規(guī)范規(guī)定值100.0cm,護欄迎撞面截面形狀滿足規(guī)范要求,同時現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)護欄立柱無松動、螺栓無缺失。故某橋護欄夠造尺寸滿足規(guī)范要求。
4.4 計算分析
為進一步確定其護欄是否滿足規(guī)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(guī)范》(JTG D81-2017)第3.5.5 條中規(guī)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(jù)《公路交通安全設施設計規(guī)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(shù)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(jié)構(gòu),shell6 殼單元模擬鋼管級鋼板結(jié)構(gòu)。全部護欄共劃分為43336個單元,70376 個節(jié)點。護欄底部采用全部固結(jié)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(jié)果
通過計算分析,計算結(jié)果匯總?cè)绫?。
表4 各工況下計算指標結(jié)果匯總表
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(nèi)。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(nèi),但是豎向最大拉應力已經(jīng)大幅度超過了混凝土抗拉強度,即混凝土護欄將會出現(xiàn)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(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》JTG 3362-2018 中第5.2.11 條規(guī)定,對先抗剪截面進行驗算。
可見抗剪截面滿足規(guī)范要求。
另外:
根據(jù)規(guī)范第5.2.12 條規(guī)定,可不進行斜截面承載能力驗算。僅按構(gòu)造配筋即可。
通過對某橋護欄實測代表值與規(guī)范值對比分析,護欄構(gòu)造尺寸滿足規(guī)范要求,且計算分析其防撞承載能力滿足規(guī)范要求,故該橋護欄性能滿足規(guī)范要求。
本文通過對現(xiàn)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(xiàn)行規(guī)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。