摘要 為研究橋梁交安設(shè)施改造對橋梁結(jié)構(gòu)的受力影響分析，以某120 m跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋為研究對象，首先介紹了交安改造常用的方法，然后借助有限元軟件，建立了考慮防撞護欄的數(shù)值分析有限元模型，對西南地區(qū)75.4 m+3×120 m+75.4 m主橋和25 m空心板進行了計算分析，最后對交安改造的難點及關(guān)鍵性技術(shù)問題進行了探討。結(jié)果表明：新設(shè)護欄后，橋梁正應(yīng)力和主應(yīng)力各項指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，主橋和空心板結(jié)構(gòu)均安全可靠，計算結(jié)果可為類似結(jié)構(gòu)提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞 連續(xù)剛構(gòu)橋；改造；有限元模型；計算分析

中圖分類號 U445 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）17-0045-04

0 引言

橋梁是公路、市政交通互通互聯(lián)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是構(gòu)建交通網(wǎng)絡(luò)和實現(xiàn)國民經(jīng)濟快速發(fā)展的重要保障。近年來，隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，人民群眾的生活水平得到了顯著提升，對于生命財產(chǎn)安全的保障需求也日益增長，政府和社會各界對于橋梁安全設(shè)施的重視程度也在不斷提高[1-3]，不僅加大了對橋梁安全設(shè)施的投入力度，還加強了對橋梁安全設(shè)施的監(jiān)管和評估工作，確保各項措施得到有效落實。

根據(jù)《重慶市城市道路交通規(guī)劃及路線設(shè)計規(guī)范》（DBJ50/T—064—2007）第8.2.1條“當(dāng)路緣石高度小于40 cm時應(yīng)增加設(shè)置防撞護欄”，西南地區(qū)某已建連續(xù)剛構(gòu)橋梁的路緣石高度不滿足規(guī)范要求，對行車安全帶來一定影響。該文結(jié)合實際工程，以該連續(xù)剛構(gòu)橋為研究對象，建立了有限元模型，分析了結(jié)構(gòu)的整體和局部受力情況，計算結(jié)果可為類似橋梁改造項目提供重要參考[4-6]。

1 交安改造常用方法介紹

橋梁護欄改造是提升橋梁安全性和耐久性的重要措施。隨著交通流量的增加和車輛類型的多樣化，對橋梁護欄的要求也日益提高。該文通過介紹橋梁護欄改造的常用方法，以期提高橋梁加固設(shè)計人員對于護欄改造的全面認(rèn)識。

1.1 加固改造法

加固改造法是一種常用的橋梁護欄改造方法，主要適用于護欄結(jié)構(gòu)存在缺陷或損傷的情況。該方法通過增加護欄的強度和剛度，提高其承載能力和穩(wěn)定性。主要包括：

（1）鋼材加固法。鋼材加固法是在原有護欄的基礎(chǔ)上，通過增加鋼材構(gòu)件增強護欄的強度和剛度。具體步驟包括：首先，對原有護欄進行全面檢查，確定需要加固的部位；然后，根據(jù)加固需求設(shè)計鋼材構(gòu)件的形狀、尺寸和連接方式；最后，將鋼材構(gòu)件焊接或通過螺栓連接在原有護欄上，形成整體的受力結(jié)構(gòu)。鋼材加固法的優(yōu)點在于施工簡便、成本低廉，且加固效果顯著。然而，該方法需要確保鋼材構(gòu)件與原有護欄的連接牢固可靠，否則會影響加固效果。此外，鋼材加固法可能會增加護欄的重量，對橋梁結(jié)構(gòu)造成一定負(fù)擔(dān)。

（2）碳纖維復(fù)合材料加固法。碳纖維復(fù)合材料加固法是一種新型的橋梁護欄加固方法。碳纖維復(fù)合材料具有輕質(zhì)高強、耐腐蝕等優(yōu)點，能夠有效提高護欄的承載能力和耐久性。具體步驟包括：首先，將碳纖維復(fù)合材料按照設(shè)計要求剪裁成適當(dāng)?shù)男螤詈统叽纾蝗缓?，將碳纖維復(fù)合材料粘貼在需要加固的護欄部位；最后，通過施加壓力或加熱等方式使碳纖維復(fù)合材料與護欄緊密結(jié)合。碳纖維復(fù)合材料加固法的優(yōu)點在于施工簡便、重量輕、耐久性好。然而，該方法需要專業(yè)的技術(shù)和設(shè)備支持，成本較高。同時，碳纖維復(fù)合材料與護欄的粘貼質(zhì)量對加固效果有重要影響，需要嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。

1.2 更換改造法

更換改造法是將原有的橋梁護欄全部拆除，并安裝新的護欄。該方法適用于護欄結(jié)構(gòu)嚴(yán)重?fù)p壞或無法滿足使用要求的情況。主要步驟包括：

（1）新型護欄選型。在更換改造法中，首先需要選擇合適的新型護欄。新型護欄應(yīng)具有良好的安全性、耐久性和美觀性。常見的新型護欄包括波形梁護欄、鋼筋混凝土護欄等。在選擇新型護欄時，需要考慮橋梁的結(jié)構(gòu)特點、交通流量和車輛類型等因素。

（2）拆除原有護欄。拆除原有護欄是更換改造法的關(guān)鍵步驟。在拆除過程中，需要確保施工安全和環(huán)境保護。具體步驟包括：首先，對原有護欄進行全面檢查，確定拆除范圍和順序；然后，采用合適的拆除工具和設(shè)備進行拆除；最后，清理拆除現(xiàn)場，確保施工環(huán)境整潔。

（3）安裝新型護欄。安裝新型護欄是更換改造法的最后一步。在安裝過程中，需要確保新型護欄與橋梁結(jié)構(gòu)的連接牢固可靠。具體步驟包括：首先，根據(jù)設(shè)計要求確定新型護欄的安裝位置和高度；然后，采用合適的連接方式和固定裝置將新型護欄安裝在橋梁上；最后，對安裝質(zhì)量進行全面檢查，確保符合設(shè)計要求。更換改造法的優(yōu)點在于能夠徹底解決護欄存在的問題，提高橋梁的安全性和耐久性。然而，該方法需要較高的施工成本和較長的施工周期。同時，在拆除和安裝過程中可能會對橋梁結(jié)構(gòu)造成一定的損傷或影響。

1.3 智能化改造法

智能化改造法是在傳統(tǒng)護欄改造的基礎(chǔ)上，引入智能化技術(shù)和設(shè)備以提高護欄的安全性和實用性。關(guān)鍵步驟包括：

（1）傳感器安裝。在護欄上安裝傳感器可以實時監(jiān)測護欄的狀態(tài)和周圍環(huán)境的變化情況。傳感器可以檢測護欄的受力情況、變形情況以及交通流量等信息，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心進行分析和處理。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)建立。建立監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)對護欄的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。監(jiān)控系統(tǒng)可以實時顯示護欄的狀態(tài)和周圍環(huán)境的變化情況，并發(fā)出預(yù)警信號以提醒管理人員及時采取措施。

（3）智能控制系統(tǒng)開發(fā)。開發(fā)智能控制系統(tǒng)可以根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)自動調(diào)整護欄的工作狀態(tài)或發(fā)出控制指令。例如，在交通流量較大時，智能控制系統(tǒng)可以自動調(diào)整護欄的高度或角度以提高通行效率；在惡劣天氣條件下，智能控制系統(tǒng)可以自動啟動防護措施以保護行人和車輛的安全。智能化改造法的優(yōu)點在于能夠提高護欄的智能化水平和安全性。然而，該方法需要較高的技術(shù)水平和設(shè)備支持，成本較高。同時，在開發(fā)和維護過程中需要投入大量的人力和物力資源。

2 結(jié)構(gòu)介紹

西南地區(qū)某連續(xù)剛構(gòu)橋于1998年開建，2001年竣工?？卓绮贾脼?×25 m（橋面連續(xù)簡支空心板）+75.4 m+3×120 m+75.4 m（連續(xù)剛構(gòu)）+3×25 m（橋面連續(xù)簡支空心板），全橋長709.8 m。

大橋主梁采用鋼管混凝土桁架與鋼筋混凝土板的組合梁，橋墩與主梁固結(jié)。鋼管混凝土桁架高6 m，橋墩根部為桁架三角形托架，高12 m。鋼管桁架上弦鋼管用縱橫鋼板焊成網(wǎng)格，在混凝土橋面板與上弦鋼管間起到剪力鍵作用，使橋面板與上弦鋼管形成組合整體。橋面板厚22 cm，為單向連續(xù)板。主橋墩為雙肋柔性薄壁墩，寬11.5 m；交界墩及引橋墩均為雙柱式空心薄壁墩。改造前橋面照片如圖1所示：

橋梁技術(shù)指標(biāo)如下：

（1）荷載標(biāo)準(zhǔn)：汽車-超20級、掛車?120；人群3.5 kN/m2。

（2）橋面布置：15 m行車道+2×2.5 m人行道+2×0.25 m欄桿，全橋?qū)?0.5 m。

（3）設(shè)計洪水頻率：1/100，但該橋按三峽庫區(qū)最高蓄水位173.3 m（黃海）控制設(shè)計。

（4）通航標(biāo)準(zhǔn)：三級，通航凈高10 m。

（5）地震烈度：6°。

3 橋梁改造情況

3.1 改造設(shè)計

在保證安全、可靠的前提下，該次設(shè)計主要在人行道與機動車道之間增設(shè)防撞護欄，并在兩端橋頭增設(shè)限重限速的標(biāo)志標(biāo)牌。

該次人行道改造是在既有結(jié)構(gòu)上實施，依據(jù)現(xiàn)有規(guī)范要求、橋上限速情況（30 km/h），以及考慮橋上行車行人的安全舒適度需求，故將該次設(shè)計新增的護欄防護等級確定為SB級。

該次改造需要切除部分人行道板及人工拆除原有人行道鋪裝、路緣石及部分橋面鋪裝（60 cm寬）。拆除完成后，采用組合式護欄以減輕新增的結(jié)構(gòu)恒載。護欄施工完成后，恢復(fù)橋面鋪裝及人行道板鋪裝，最后恢復(fù)橋面標(biāo)線。路緣石內(nèi)側(cè)面涂成黃色標(biāo)記，欄桿油漆顏色藍白相間，藍色漆色卡標(biāo)準(zhǔn)為293C，白色漆色卡標(biāo)準(zhǔn)為特白，面漆厚度不低于70 μm。該橋新護欄基座與原有結(jié)構(gòu)的連接，通過舊路緣石的D16預(yù)埋鋼筋和將新護欄基座中的鋼筋伸入橋面鋪裝層中與橋面鋪裝層的鋼筋進行焊接，以實現(xiàn)新舊結(jié)構(gòu)的良好結(jié)合。恢復(fù)后的橋面鋪裝組成為6 cm鋼纖維C40鋼筋防水混凝土?；炷翆觾?nèi)加鋪D10 CRB550冷軋帶肋鋼筋網(wǎng)，保證新舊混凝土的緊密結(jié)合。

3.2 結(jié)構(gòu)計算及分析步驟

該橋在《公路橋涵設(shè)計規(guī)范（合訂本）》（1989）（簡稱為舊規(guī)范）的指導(dǎo)下完成設(shè)計和建造，迄今我國橋梁的設(shè)計規(guī)范已完成兩次重大修訂，目前橋梁活載及結(jié)構(gòu)的計算理論相比舊規(guī)范均發(fā)生了較大變化，且該次改造在橋面局部增加了恒載，所以參照舊規(guī)范對改造后的預(yù)制拼裝構(gòu)件進行驗算較為合理。據(jù)了解，該橋原設(shè)計考慮的過橋水管現(xiàn)已拆除，一定程度上增加了橋梁的安全儲備。綜上，采用橋梁博士3.0對該橋引橋25 m跨空心板進行建模驗算，并采用Midas Civil軟件對新設(shè)的防撞護欄進行驗算和對大橋主橋進行復(fù)算。主要分析步驟見圖2所示：

3.2.1 25 m跨空心板驗算

對比前后設(shè)計圖紙可知，該次設(shè)計新增二期恒載2.55 kN/m，全部由次邊梁承受?？紤]活載的橫向分布系數(shù)，在最不利工況下對護欄所在位置處的空心板進行驗算。

3.2.2 新設(shè)護欄驗算

根據(jù)實際護欄斷面尺寸，按立柱間距1 m。根據(jù)《公路交通安全設(shè)施設(shè)計細(xì)則》（JTG/T D81—2017）中的相關(guān)規(guī)定輸入荷載進行計算。

3.2.3 大橋主橋驗算

根據(jù)大橋原設(shè)計圖紙，利用Midas Civil軟件建立有限元模型。按照《公路橋涵設(shè)計規(guī)范（合訂本）》（1989）相關(guān)規(guī)定輸入荷載，并在邊梁位置新增二期恒載2.55 kN/m，對主橋進行驗算。

4 結(jié)果分析

4.1 25 m跨空心板受力分析

該文主要驗算25 m跨空心板主梁在各荷載組合下的正應(yīng)力和主拉/壓應(yīng)力。各組合下正應(yīng)力統(tǒng)計表和主應(yīng)力統(tǒng)計表分別見表1和表2所示：

經(jīng)計算，跨中截面最大內(nèi)力為3 323.6 kN·m，最小內(nèi)力為1 565.8 kN·m，截面抗力為3 481.5 kN·m，則25 m空心板的承載能力滿足規(guī)范要求。正常使用極限狀態(tài)下截面上緣最大壓應(yīng)力為15.09 MPa，小于壓應(yīng)力容許值16.8 MPa；截面下緣最大拉應(yīng)力為1.68 MPa，小于拉應(yīng)力容許值2.34 MPa；最大主壓應(yīng)力為15.09 MPa，小于主壓應(yīng)力容許值18.2 MPa；最大主拉應(yīng)力為1.84 MPa，小于主拉應(yīng)力容許值2.34 MPa，因此正常使用極限狀態(tài)滿足規(guī)范要求。25 m空心板結(jié)構(gòu)受力安全。

4.2 新設(shè)護欄受力分析

該文主要驗算護欄在汽車橫向碰撞標(biāo)準(zhǔn)值作用下的最大應(yīng)力。經(jīng)計算，該護欄在汽車橫向碰撞標(biāo)準(zhǔn)值作用下的最大應(yīng)力為150 MPa，圓管的最大應(yīng)力小于200 MPa。護欄主材（Q355 C）及構(gòu)造尺寸能夠滿足受力要求，新設(shè)護欄部分結(jié)構(gòu)受力安全。

4.3 主橋受力分析

該文主要驗算新增護欄荷載后主橋下弦桿（鋼管混凝土）、托架（鋼管混凝土）和腹桿（鋼管混凝土）的鋼管應(yīng)力。

計算表明，新設(shè)防撞護欄后，在標(biāo)準(zhǔn)值組合下，下弦桿（鋼管混凝土）鋼管應(yīng)力在?77.5～96.05 MPa之間；托架（鋼管混凝土）鋼管應(yīng)力普遍在150 MPa以內(nèi)；托架鋼管應(yīng)力在100 MPa以內(nèi)；腹桿（鋼管混凝土）鋼管應(yīng)力普遍在150 MPa以內(nèi)，桁架應(yīng)力滿足《公路橋涵設(shè)計規(guī)范（合訂本）》（1989）要求，主橋部分結(jié)構(gòu)受力安全。

5 交安改造的難點及關(guān)鍵性技術(shù)問題探討

橋梁護欄作為保障行車和行人安全的重要設(shè)施，在橋梁建設(shè)中具有不可替代的地位。然而，隨著交通流量的不斷增加和車輛類型的多樣化，傳統(tǒng)的橋梁護欄逐漸暴露出一些問題，如防護能力不足、耐久性下降等。因此，對橋梁護欄進行改造升級已成為當(dāng)前橋梁維護和管理的重要任務(wù)。

5.1 交安改造的難點

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計與受力分析。橋梁護欄的改造首先應(yīng)考慮的是結(jié)構(gòu)設(shè)計與受力分析。由于橋梁護欄與橋梁主體結(jié)構(gòu)緊密相連，其改造方案必須考慮對橋梁主體結(jié)構(gòu)的影響。同時，不同地區(qū)的橋梁類型、跨徑、荷載等因素也會對護欄的改造方案產(chǎn)生影響。因此，在進行橋梁護欄改造時，需要進行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與受力分析，確保改造方案的科學(xué)性和合理性。

（2）施工過程中的質(zhì)量控制。橋梁護欄改造的施工過程中，質(zhì)量控制是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。由于護欄改造涉及橋梁的拆除、重建等過程，稍有不慎就可能對橋梁主體結(jié)構(gòu)造成損傷。因此，在施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，確保各項施工措施符合規(guī)范要求，避免對橋梁主體結(jié)構(gòu)造成不良影響。

（3）材料選擇與耐久性。橋梁護欄的材料選擇直接關(guān)系其使用壽命和防護能力。在改造過程中，應(yīng)選擇具有優(yōu)良耐久性和防護能力的材料，以確保改造后的護欄能夠滿足長期使用的需求。同時，還應(yīng)考慮材料的成本、施工難度等因素，確保改造方案的經(jīng)濟性和可行性。

（4）環(huán)境保護與景觀協(xié)調(diào)。橋梁護欄的改造還應(yīng)考慮環(huán)境保護和景觀協(xié)調(diào)問題。在改造過程中，需要盡可能減少對周圍環(huán)境的影響，保護生態(tài)環(huán)境。同時，還需要考慮改造后的護欄與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性，確保改造后的橋梁在景觀上更加美觀、和諧。

5.2 關(guān)鍵性技術(shù)問題

（1）護欄結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化。針對傳統(tǒng)護欄防護能力不足的問題，應(yīng)對護欄的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化。可以采用更先進的材料和結(jié)構(gòu)形式，提高護欄的剛度和強度。同時，還可以采用新型連接方式，增強護欄的整體穩(wěn)定性。在優(yōu)化設(shè)計時，還應(yīng)考慮護欄的受力特點，確保其在受到撞擊時能夠有效發(fā)揮防護作用。

（2）材料選擇與耐久性提升。為提高護欄的耐久性，應(yīng)選擇具有優(yōu)良耐久性的材料?？梢钥紤]使用不銹鋼、高強度合金等新型材料，以提高護欄的抗腐蝕能力和抗疲勞性能。同時，還可以采用表面處理技術(shù)，如噴涂防腐涂層、熱浸鋅等，進一步延長護欄的使用壽命。

（3）施工技術(shù)與質(zhì)量控制。在改造過程中，應(yīng)采用先進的施工技術(shù)和質(zhì)量控制手段，確保改造質(zhì)量?？梢圆捎妙A(yù)制構(gòu)件技術(shù)，減少現(xiàn)場施工時間，提高施工效率。同時，還應(yīng)加強對施工質(zhì)量的監(jiān)控和檢測，確保各項施工措施符合規(guī)范要求。在施工過程中，還應(yīng)注意對橋梁主體結(jié)構(gòu)的保護，避免對其造成損傷。

（4）智能化改造與監(jiān)測。隨著科技的不斷發(fā)展，智能化改造和監(jiān)測技術(shù)為橋梁護欄的改造提供了新的思路。可以采用智能傳感器和監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測護欄的狀態(tài)和性能變化。通過數(shù)據(jù)分析和處理，可以及時發(fā)現(xiàn)護欄存在的問題并進行修復(fù)。此外，還可以采用智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)護欄的自動調(diào)整和適應(yīng)，提高護欄的防護能力。

基于此，在改造過程中，應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計與受力分析、施工過程中的質(zhì)量控制、材料選擇與耐久性、環(huán)境保護與景觀協(xié)調(diào)等因素。同時，還應(yīng)采用先進的施工技術(shù)和質(zhì)量控制手段，確保改造質(zhì)量。通過智能化改造和監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，可以進一步提高橋梁護欄的防護能力和使用壽命。

6 結(jié)語

該文結(jié)合某連續(xù)剛構(gòu)橋交安改造項目，對該連續(xù)剛構(gòu)橋梁改造前后的受力狀態(tài)進行了分析，并在此基礎(chǔ)上探討了該橋的結(jié)構(gòu)安全性。計算結(jié)果表明：

（1）新設(shè)護欄后，結(jié)構(gòu)受力滿足《公路橋涵設(shè)計規(guī)范（合訂本）》（1989）相關(guān)要求，無須對橋梁結(jié)構(gòu)進行加固。

（2）恒載增加導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全儲備有所降低。鑒于大橋施工質(zhì)量、后期管養(yǎng)及橋梁運營車輛是否超速超限超載等情況不明，理想狀態(tài)下的計算結(jié)果不能反映橋梁的真實受力狀況，建議大橋管養(yǎng)單位加強后期管養(yǎng)及橋梁安全保護工作。

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