文｜ 上海同豐工程咨詢有限公司 楊虎

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，國民出行條件也得到了大大改善，但近年來不斷有超速車輛沖出人行道或沖入對向車道，發(fā)生側(cè)翻后墜出橋外，造成群死群傷的惡性交通事件，給人民群眾生命財產(chǎn)和社會安定造成嚴(yán)重威脅，橋梁防護問題已成為重大的社會公共安全問題。

我國的道路橋梁按照管養(yǎng)部門不同進行劃分，主要歸于交通運輸部及住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部兩大部門管理。交通運輸部所管橋梁多分布于高速公路、國省干線、縣道和鄉(xiāng)道等公路，即通常所說的公路橋梁，此類橋梁主要作用為連通不同的行政區(qū)域，大部分道路橋梁不設(shè)置人行道；而住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部所管橋梁主要分布在城市區(qū)域內(nèi)的快速路、主干路、次干路、支路和街坊路上，即通常所說的城市橋梁，這類橋梁因處于城市空間內(nèi)，大部分設(shè)置人行道。

橋梁護欄是指設(shè)置在橋梁兩側(cè)建筑限界以外的防護裝置，主要分為剛性護欄、半剛性護欄及柔性護欄，目前使用較為廣泛的是剛性護欄和半剛性護欄。由于我國公路和城市道路里程的不斷增加，在役橋梁亦不斷增加，因橋梁的修建年代不同，建設(shè)水平參差不齊，所參照的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)也各有不同，進而導(dǎo)致橋梁安全防護設(shè)施的設(shè)置種類和形式多種多樣。

本文以某城區(qū)橋梁護欄設(shè)施為例，根據(jù)安全防護能力排查結(jié)果，對橋梁防撞護欄的安全性進行分析，并依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求提出合理性建議。

1 項目概況

某市按照《關(guān)于開展城市橋梁護欄升級改造專項工作的通知》文件精神對城區(qū)內(nèi)橋梁護欄進行安全隱患排查，本次排查樣本總數(shù)為147 座橋梁，其中特大橋13 座，大橋36 座，中橋38 座，小橋60 座。通過排查，城區(qū)內(nèi)橋梁護欄主要分為四種類型：機動車行橋兩側(cè)的混凝土護欄（剛性護欄）和組合型護欄（半剛性護欄），非機動車道橋金屬梁柱式欄桿（半剛性護欄）和大理石裝飾護欄。橋梁護欄安全性排查主要依據(jù)《城市道路交通設(shè)施設(shè)計規(guī)范》（GB 50688-2011）和《城市橋梁設(shè)計規(guī)范》（CJJ 11-2011）中相關(guān)條文的規(guī)定。

2 護欄安全性分析

2.1 靜態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)安全性分析

根據(jù)《城市道路交通設(shè)施設(shè)計規(guī)范》（GB 50688-2011）第7.5.2 條人行護欄的設(shè)計應(yīng)符合下列規(guī)定：“人行護欄的凈高不宜低于1.10m，并不得低于0.90m，有跌落危險處的欄桿的垂直桿件間凈距不應(yīng)大于0.11m”。本次排查某市城區(qū)有44 座橋梁欄桿基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不滿足上述規(guī)范規(guī)定，占全部橋梁總數(shù)的29.9%。

對于人行護欄凈高的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不足可采用提升高度的方式進行改善。在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不滿足的44 座橋梁中包含了各種類型的護欄結(jié)構(gòu)，但多數(shù)為在役時間較久的剛性混凝土護欄和半剛性組合型護欄。剛性護欄中混凝土護欄凈高不足，可以將原有混凝土護欄頂面鑿毛并植筋，以直墻型加高混凝土護欄，目的使加高后的護欄高度滿足安全性的防護需求。單坡型混凝土護欄加高方案見圖1。

圖1 單坡型混凝土護欄加高方案示意圖

對于其他類型的護欄基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不足（欄桿垂直桿件間距不足），只能采取拆除重建的方式進行改造，改造過程中拆除原有護欄后應(yīng)注意采取相應(yīng)的防護措施，防止車輛及人員沖出道路建筑限界以外，造成交通事故，尤其當(dāng)橋下為通行道路和人行通道時，更應(yīng)嚴(yán)防二次事故的發(fā)生。

2.2 防撞性能安全性分析

橋梁護欄安全性能評價指標(biāo)主要有三個：①阻擋碰撞車輛穿越、翻越和騎跨的能力，即阻擋功能；②降低對車輛及車內(nèi)乘員沖擊程度的能力，即緩沖功能；③使碰撞車輛向行車方向順利導(dǎo)出并恢復(fù)運行狀態(tài)的能力，即導(dǎo)向功能。其中阻擋功能是護欄最基本的功能，但也是最重要的功能。護欄的阻擋功能可以將汽車碰撞時產(chǎn)生的沖擊力按承載能力極限狀態(tài)的偶然荷載效應(yīng)組合進行檢算，可大致估算出護欄能否有效的阻擋該車輛碰撞時產(chǎn)生的沖擊荷載。

采用真實車輛進行碰撞試驗是綜合評價護欄防撞性能最直接、最有效的方法?？梢詮谋Ｗo駕乘人員的角度出發(fā)，以交通事故再現(xiàn)的方式來分析車輛碰撞前后駕乘人員和車輛相對護欄的運動狀態(tài)及損傷狀況，并以此來改進護欄的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，改善護欄的安全特性。

車輛碰撞護欄的過程是十分復(fù)雜的，碰撞荷載的作用點是沿著護欄的迎撞面變化的，隨著碰撞時間的推移，整個碰撞過程的不同時間碰撞荷載的大小亦不相同，另外車輛不同的速度、角度所產(chǎn)生的荷載也千差萬別，因此這種動態(tài)分析無法采用精確的計算方法來進行描述。一般情況下，可以采用靜力方式計算，即給護欄加載靜態(tài)力來近似模擬動態(tài)碰撞問題，而靜態(tài)力計算的關(guān)鍵在于確定撞擊力的大小和加載角度，關(guān)于用靜態(tài)力來計算分析動態(tài)碰撞問題，新規(guī)范《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》（JTG D81-2017）有比較詳細的計算原理和方法，本文計算依據(jù)新規(guī)范進行。

橋梁護欄防撞性能安全專項評估首先應(yīng)根據(jù)橋梁所在的道路等級、設(shè)計車速、周邊環(huán)境及護欄整體狀態(tài)，按《城市橋梁設(shè)計規(guī)范》（CJJ 11-2011）確定橋梁護欄的防撞等級，再通過現(xiàn)場橋梁護欄靜態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集，采用現(xiàn)場護欄實測數(shù)據(jù)建立計算模型進行檢算。本文重點以剛性護欄中的混凝土護欄（本次排查范圍內(nèi)某橋，以下統(tǒng)一簡稱“該橋”）為例進行介紹。

2.2.1 護欄細部構(gòu)造尺寸的確定

護欄靜態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集參照舊規(guī)范《公路交通安全設(shè)施設(shè)計細則》（JTG/T D81-2006）相關(guān)規(guī)定進行，由于各類護欄計算的關(guān)鍵在于模型建立，而模型建立的關(guān)鍵在于護欄細部構(gòu)造尺寸的確定，混凝土護欄主要采用以下參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集：

（1）總高度H；

（2）混凝土底寬B；

（4）斜坡混凝土高度H1；

數(shù)據(jù)采集參數(shù)圖如下圖2 所示，現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)見表1。

2.2.2 護欄撞擊橫向力的確定

橋梁護欄防撞性能安全性分析模型計算除須護欄細部構(gòu)造尺寸外，還應(yīng)確定道路的等級、通行車輛參數(shù)、設(shè)計車速等參數(shù)。

（1）道路等級的確定

圖2 混凝土護欄數(shù)據(jù)采集參數(shù)圖

橋梁護欄所在道路等級的確定主要查閱橋梁或所在道路的設(shè)計圖紙，圖紙中對道路的等級通常會有明確的界定，該橋竣工圖紙中明確該橋所屬道路等級為城市主干路。當(dāng)圖紙中對道路等級沒有說明或設(shè)計圖紙缺失時，可以根據(jù)道路在城市路網(wǎng)中的地位、交通流量或道路的規(guī)模來確定。

（2）通行車輛參數(shù)

《公路護欄安全評價標(biāo)準(zhǔn)》JTGB05-01-2013 中對各類車輛相關(guān)的技術(shù)參數(shù)調(diào)查結(jié)果進行了統(tǒng)計，對規(guī)范中車輛參數(shù)的選用應(yīng)先進行現(xiàn)場交通情況調(diào)查，根據(jù)調(diào)查結(jié)果該橋通行客車的主要技術(shù)參數(shù)見表2。

（3）設(shè)計車速參數(shù)

道路的設(shè)計時速可以查閱竣工圖紙等資料，當(dāng)資料缺失時可以根據(jù)橋梁護欄所在道路上機動車的限速來間接確定。

（4）護欄橫向撞擊力確定

根據(jù)該橋竣工圖紙，橋梁所屬道路等級為城市主干路，設(shè)計時速為60km/h，該橋下有地面道路和人行道，當(dāng)橋面有車輛掉下時可能引起二次重大事故，根據(jù)城市橋梁設(shè)計規(guī)范要求該橋護欄等級取SA 級。

新規(guī)范《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》（JTG D81-2017）條文說明3.5.5 條中給出了基于一定假定的車輛與護欄碰撞數(shù)學(xué)模型。利用上述確定的參數(shù)可求得近似的單位長度橫向撞擊力值，具體計算結(jié)果見表3。

2.2.3 護欄極限承載能力的確定

將護欄視作懸臂構(gòu)件，在護欄上施加單位橫向力，橫向力作用點為：對于混凝土及組合式防撞護欄，假定小型客車的撞擊高度距離地面距離為0.4m，中型客車的撞擊高度距離地面距離為0.5m，大型客車的撞擊高度距離地面距離為0.6m，特大型客車的撞擊高度距離地面距離為0.7m。

車輛撞擊力作為偶然荷載，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，需對承載能力極限狀態(tài)下防撞護欄的承載能力進行檢算，承載能力極限狀態(tài)應(yīng)按下式要求進行檢算：

式中：γ0—結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；

Sd—作用組合的效應(yīng)（如軸力、彎矩或表示幾個軸力、彎矩的向量）設(shè)計值；

Rd—結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力設(shè)計值。

2.2.4 護欄防撞安全性能判定

本例橋梁護欄在各車型推算橫向撞擊力作用下，單位長度護欄底部截面承載能力檢算結(jié)果見表4。

由表4 可知，單位長度護欄底部截面承載能力在各車型推算的橫向撞擊力下產(chǎn)生的作用效應(yīng)均小于護欄底部截面的抗力，滿足安全性要求。

3 小結(jié)

“10·28 重慶公交車墜江事件”后，交通運輸部發(fā)布了《提升公路橋梁安全防護能力專項行動技術(shù)指南》用于完善在役橋梁安全防護設(shè)施，提升公路橋梁防護能力。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部也發(fā)布了《關(guān)于開展城市橋梁防護升級改造專項工作的通知》，同時還對現(xiàn)行《城市橋梁設(shè)計規(guī)范》中橋梁防撞護欄和人行道欄桿的條文進行了修訂。主管部門的目的都在于提升橋梁護欄防護能力，滿足公共安全的需求。

本文根據(jù)某市在役城市橋梁排查結(jié)果重點對剛性護欄的安全性進行了分析，分析主要從靜態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的安全性和防撞性能的安全性兩個方面著手，分析的方式方法通過了專家評審，對于其他地區(qū)橋梁護欄安全隱患排查起到借鑒作用，但各地區(qū)還應(yīng)充分考慮地域因素，做到因地制宜、因橋制宜。

表1 護欄主要細部尺寸測量及復(fù)核

表2 客車的主要技術(shù)參數(shù)

表3 不同車型單位長度橫向撞擊力匯總表

表4 單位長度護欄底部截面承載能力檢算結(jié)果