摘" 要：混凝土墻式防撞護欄既是保障橋梁安全運輸?shù)年P鍵構造物，又是國內(nèi)外應用最廣泛的橋梁防撞護欄形式。隨著我國交通運輸事業(yè)的發(fā)展，車輛載重與行駛速度對橋梁安全運輸功能的要求呈上升趨勢。該文詳述近30年來我國規(guī)范針對橋梁混凝土墻式防撞護欄設計要求的發(fā)展歷程，從結構形式、防撞等級、碰撞速度及碰撞荷載等多個參數(shù)方面分析設計要求提升的具體技術體現(xiàn)，梳理設計理念的變化，通過對比各設計方法的主要改進與提升，總結不同時期對橋梁混凝土墻式防撞護欄性能的要求與認知，為下一階段針對橋梁混凝土墻式防撞護欄設計技術改善提供有力的循證預判，并為有類似防撞需要的工程項目的安全實踐提供借鑒。

關鍵詞：橋梁;混凝土;墻式防撞護欄;設計技術;進展

中圖分類號：U455.6" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）02-0171-05

Abstract： Concrete wall-type anti-collision barrier is not only a key structure to ensure the safe transportation of bridges， but also the most widely used form of bridge anti-collision barrier at home and abroad. With the development of China's transportation industry， the requirements for safe transportation functions of bridges are on the rise. This paper details the development history of China's specifications for the design requirements of bridge concrete wall-type anti-collision guardrails in the past three decades. It analyzes the specific technical manifestations of the improvement of the design requirements from multiple parameters such as structural form， anti-collision level， collision speed and collision load. This paper reviews the changes in design concepts， and summarizes the requirements and perceptions of the performance of bridge concrete wall-type anti-collision guardrails in different periods by comparing the main improvements and improvements of various design methods， so as to make a strong evidence-based prediction for the next stage of improving the design technology of bridge concrete wall-type anti-collision guardrails， and provide reference for the safety practice of engineering projects with similar anti-collision needs.

Keywords： bridge; concrete; wall-type collision barrier; design technology; progress

防撞護欄對于橋梁行車安全十分重要。橋梁的防撞護欄通常需要進行合理的設計才能實現(xiàn)以下3項主要安全功能：①阻止行駛的車輛由于各種意外情況沖離橋梁;②車輛與護欄發(fā)生碰撞后，使車輛回到正常行駛方向的導向作用;③車輛與護欄碰撞時，瞬時沖擊作用對車內(nèi)乘員的損害程度降至最低[1]。阻止車輛沖離駛出橋梁，護欄設計需要有較好的強度與剛度，用于抵擋各類車輛的沖撞。而從保護車內(nèi)乘員減輕沖擊損害的角度考慮，護欄設計剛度不宜太大，使其具有較好的緩沖功能。車輛與護欄發(fā)生碰撞后發(fā)生反彈，反彈后車輛的行駛軌跡應能平滑過渡以實現(xiàn)較小的駛離角和較低的回彈量，車輛最終應停留在不影響后方車輛正常行駛的車道位置，則護欄外形應與其剛度、柔度相匹配。防撞護欄的3種安全功能要求既相互矛盾，又相互統(tǒng)一，因此，護欄防撞的安全設計要旨就是在于找出三者矛盾的調(diào)和點[2-3]。

混凝土墻式防撞護欄是一種基本不變形的剛性護欄，作為橋梁的基本安全設施，從開始應用至今已經(jīng)將近百年發(fā)展歷史，是當前世界各國最為廣泛采用的混凝土防撞護欄形式。混凝土墻式防撞護欄是一種承力結構，其橫截面的形狀和具體細部尺寸直接影響車輛的沖擊碰撞后果。通過較好的外形設計與優(yōu)化，車輛與混凝土墻式護欄發(fā)生碰撞后，其阻礙作用可使失控車輛沖撞護欄坡面后，沿坡面進行爬高從而吸收并消耗碰撞能量，強迫失控車輛減速轉向，既能防止車輛沖離駛出橋梁，又能減少車輛發(fā)生碰撞后的損毀程度，并積極保護車內(nèi)乘員的乘車安全[4]。因此，合理地設計混凝土墻式護欄的細部尺寸和截面形狀，可以較好地平衡橋梁護欄3項主要安全功能的矛盾點，對提高橋梁交通等級、加強行車安全起著積極的促進作用。

失控車輛與混凝土墻式護欄發(fā)生碰撞時，碰撞荷載沿護欄表面隨時間變化動態(tài)分布。通常認為當車輛與護欄碰撞的平均碰撞荷載達到最大值時，車輛與護欄的接觸長度就是碰撞荷載的作用范圍[5-6]。然而，車輛的形式五花八門，質(zhì)量相差非常懸殊，車輛外形變化很大。對于外形復雜、質(zhì)量較大的車輛碰撞情況，碰撞荷載極值可能出現(xiàn)在失控車輛改變行駛方向后車輛尾部由于運動慣性甩動，導致其與護欄碰撞的時刻[6]。由于該類車輛與混凝土墻式護欄碰撞時做連續(xù)滑移及脫離等極為危險的運動，若需滿足保護乘員的目的，則車輛與混凝土護欄的接觸面摩擦系數(shù)應盡量降低，從而延長車輛與護欄的接觸時間，在絕對值上減小車輛的負加速度。

橋梁防撞護欄結構的確定與其設計條件密切相關，綜合評價其性能較為復雜。本文系統(tǒng)總結了我國近30年來針對橋梁混凝土墻式防撞護欄設計要求的變化，首先回顧了我國JTJ 074—94《高速公路交通安全設施設計及施工技術規(guī)范》[6]（以下簡稱《94規(guī)范》）對橋梁混凝土墻式防撞護欄設計的初步規(guī)定;其次對比了JTG D81—2006《公路交通安全設施設計規(guī)范》[7]（以下簡稱《06規(guī)范》）與《94規(guī)范》之間的主要差異為論述了《06規(guī)范》的細化與改進之處;最后，闡述了現(xiàn)行《公路交通安全設施設計規(guī)范JTG D81—2017》[8]（以下簡稱《17規(guī)范》）相對《06規(guī)范》的提升與合理性。通過分析我國3個主要時期針對橋梁混凝土墻式防撞護欄設計技術的發(fā)展歷程，總結了不同設計理念之間的聯(lián)系和應用。

1" 防撞設計原理

橋梁混凝土防撞護欄通常是指具有一定斷面形狀的墻式護欄結構。從上世紀30年代開始，橋梁就已經(jīng)大量使用混凝土護欄?；炷磷o欄的截面形狀與尺寸是護欄結構設計的核心問題。經(jīng)過近百年的研究發(fā)展，各種混凝土護欄截面形狀與尺寸不斷淘汰與改進。由試驗與理論分析顯示，由于混凝土護欄迎撞面設置2個傾斜面可快速迫使失控車輛的移動速度下降，雙傾斜面混凝土護欄的防撞性能明顯優(yōu)于其他斷面形狀的護欄。最終在全世界范圍內(nèi)形成了3種典型雙傾面混凝土護欄形狀與尺寸[9]：即新澤西型（New Jersey Barrier，NJ）、F型（F-shape Concrete Barrier，F(xiàn)）與GM型（GM Type Barrier，GM），3類混凝土護欄的尺寸如圖1所示。我國橋梁混凝土墻式防撞護欄的形式就是在這3類混凝土護欄的基礎上逐步改進發(fā)展而來的。

體現(xiàn)雙傾面混凝土護欄優(yōu)勢的力學考量點在于其能充分利用能量轉換原理，即車輛撞擊混凝土護欄時，沿下傾斜面爬升使撞擊車輛產(chǎn)生的沖擊能量能轉換成位能[10]。沖擊車速越快，爬升高度越高。若車輛的沖擊能量大于混凝土護欄迎撞面可吸收與消耗的總位能，則車輪將爬升至第二段的上傾斜面。然而，由于傾斜的混凝土表面與車輛輪胎之間的摩擦作用可以顯著降低車輪沿護欄表面繼續(xù)爬升的概率，車輛最終在重力作用下沿傾斜面下滑至路面，車輛有較大概率回至原行車路徑，即雙傾面混凝土護欄具有較好的導向功能[11]。

2" 《94規(guī)范》的設計規(guī)定

由于我國修建高速公路、汽車專用公路在時間上起步較晚，早期的《94規(guī)范》針對橋梁護欄設置條件的規(guī)定較為籠統(tǒng)：高速公路、汽車專用一級公路上的特大橋，大、中橋均應設置橋梁護欄;而高速公路、汽車專用一級公路上的小橋通道可以設置與路基上形式相同的護欄，且小橋通道兩側護欄的最小長度不小于70 m[6]。

針對橋梁混凝土墻式防撞護欄的構造形式，《94規(guī)范》強制要求采用NJ型或者F型，并且明確規(guī)定墻式護欄的迎撞面尺寸不得隨意改變，但背車面可以根據(jù)實際情況采用合適的形狀。

受限于早期的經(jīng)濟狀態(tài)與設計經(jīng)驗，《94規(guī)范》明確提出了我國防撞護欄的3個設計條件：①選用總質(zhì)量為10 t的東風牌卡車或者解放牌卡車為設計的標準車型;②正常條件下的碰撞速度設定為60 km/h，危險路段的最大碰撞速度為80 km/h，但危險路段的護欄應作加強型設置;③車輛與護欄的碰撞角度統(tǒng)一規(guī)定為15°。根據(jù)上述設計條件，《94規(guī)范》最早將橋梁護欄防撞等級劃分為PL1、PL2、PL3這3個等級，且橋側與中央分隔帶具有相同的設計要求，直橋與曲線橋亦沒有區(qū)別對待，具體的設計條件見表1[6]。其中，PL1等級鋼筋混凝土墻式護欄的橫向碰撞荷載按沿護欄縱向3.0 m范圍均勻分布進行驗算，PL2等級與PL3等級鋼筋混凝土墻式護欄的橫向碰撞荷載按沿護欄縱向4.0 m范圍均勻分布進行驗算;車輛的碰撞荷載、風荷載、人群荷載在荷載驗算時無須荷載組合，可分別進行荷載驗算。

由于車輛的碰撞荷載屬于瞬時沖擊作用，護欄的設計防撞能力通常以設計吸收能量進行評估?！?4規(guī)范》規(guī)定：PL1等級護欄對應的車輛碰撞能量E介于0lt;Elt;5.9×104 J，當PL1等級鋼筋混凝土墻式護欄的碰撞速度為80 km/h時，垂直于護欄的設計碰撞能量為57.8 kJ;當PL1等級鋼筋混凝土墻式護欄的碰撞速度為50 km/h時，垂直于護欄的設計碰撞能量為64.6 kJ。PL2等級護欄對應的車輛碰撞能量E介于5.9×104 Jlt;Elt;1.4×105 J，垂直于PL2等級鋼筋混凝土墻式護欄的設計碰撞能量為126.6 kJ。PL3等級護欄對應的車輛碰撞能量E介于1.4×105 Jlt;Elt;2.4×105 J，垂直于PL3等級鋼筋混凝土墻式護欄的設計碰撞能量為231.6 kJ。

3" 《06規(guī)范》的細化與改進

在橋梁混凝土墻式防撞護欄的構造形式方面，《06規(guī)范》不再強制要求橋梁混凝土墻式護欄采用NJ型或者F型，而是規(guī)定在未經(jīng)試驗驗證的前提下，新型混凝土墻式護欄不得隨意改變迎撞面的截面形狀與具體的細部尺寸，但背車面形狀可根據(jù)實際情況采用[7]，并且《06規(guī)范》首次提出護欄迎撞面混凝土的鋼筋保護層厚度不得小于4 cm。

與《94規(guī)范》提出的我國防撞護欄設計條件相比，《06規(guī)范》針對設計條件進一步做出了細化與改進，即要求確保85%～90%以上概率的車輛不會沖出、沖斷或下穿護欄，又要求滿足碰撞條件的護欄結構應能通過實車碰撞試驗的驗證[7]。因此，《06規(guī)范》在《94規(guī)范》的基礎上，將橋梁護欄防撞等級進行了強化與細分。橋側護欄防撞等級從低到高細分為B、A、SB、SA和SS 5個等級，橋梁中央分隔帶護欄防撞等級從低到高細分為Am、SBm、SAm 3個等級。一般情況下，橋梁外側危險程度較高，車輛沖離駛出橋外往往容易造成惡性事故。與《94規(guī)范》相比，《06規(guī)范》進一步規(guī)定橋梁護欄防撞等級的適用條件，見表2[7]。

與《94規(guī)范》相比，《06規(guī)范》要求混凝土墻式護欄在碰撞荷載與最大碰撞速度方面的防撞能力，均有了明顯提升，具體設計條件見表3[7]。其中，A、Am與SB、SBm等級鋼筋混凝土墻式護欄的橫向碰撞荷載可按沿護欄縱向4.0 m范圍均勻分布進行驗算;SA、SAm與SS等級鋼筋混凝土墻式護欄的橫向碰撞荷載可按沿護欄縱向5.0 m范圍均勻分布進行驗算[7]。上述護欄荷載的驗算范圍相對《94規(guī)范》的規(guī)定明顯增大，表明《06規(guī)范》針對混凝土墻式護欄的剛度要求有所提升。但《06規(guī)范》對于護欄強度與配筋驗算的荷載規(guī)定依然與《94規(guī)范》相同。

《06規(guī)范》針對乘員安全專門規(guī)定：各等級護欄的最大碰撞加速度為200 m/s2;而針對護欄強度方面，《06規(guī)范》專門規(guī)定：垂直于B等級護欄的設計碰撞能量為70 kJ、垂直于A與Am等級護欄的設計碰撞能量為160 kJ，垂直于SB與SBm等級護欄的設計碰撞能量為280 kJ、垂直于SA與SAm等級護欄的設計碰撞能量為400 kJ、垂直于SS等級護欄的設計碰撞能量為520 kJ。然而，《06規(guī)范》的上述規(guī)定僅僅明確了車輛碰撞荷載的大小與分布，但是具體的計算方法與設計依據(jù)依然沒有明確，對于混凝土墻式護欄結構的具體配筋通常簡化為懸臂梁模型進行計算。這是《06規(guī)范》相對于《94規(guī)范》在具體設計方法上的一個主要改進之處?！?6規(guī)范》對于混凝土護欄所受碰撞荷載分布的規(guī)定見表4[7]。

4" 《17規(guī)范》的進一步提升

《17規(guī)范》將混凝土護欄的防撞等級進一步進行了提升，設置為一級（C）、二級（B）、三級（A）、四級（SB）、五級（SA）、六級（SS）、七級（HB）和八級（HA）8個等級。其中，七級（HB）、八級（HA）適應于主流車型為高重心的特大型客車（25 t）、大型貨車（40 t、55 t）運營的需求，或者車輛的翻車或沖斷護欄將導致極為嚴重后果的橋梁路段。橋梁護欄的防護等級選取與《06規(guī)范》相比，各級公路的防護等級均有提升，具體見表5[8]。

《17規(guī)范》規(guī)定橋梁混凝土墻式護欄在汽車碰撞荷載作用下，除按正常使用極限狀態(tài)進行受力驗算外，還需按永久作用標準值作用、可變作用某種代表值效應以及偶然作用標準值效應三者之間的組合，即偶然組合，進行受力驗算。對于橋梁剛性混凝土墻式護欄，汽車橫向碰撞荷載標準值見表6[8]。

《17規(guī)范》要求當橋梁混凝土剛性防護等級低于一級（C）時，汽車橫向碰撞荷載按一級（C）驗算;采用的護欄防護等級高于八級（HA）時，汽車橫向碰撞荷載應根據(jù)實際的碰撞條件確定。

《17規(guī)范》針對橋梁混凝土墻式防撞護欄的構造形式不再生硬套用NJ型、F型以及GM型的固定尺寸?；炷磷o欄的高度根據(jù)防護等級提升而提升，具體見表7[8]?！?7規(guī)范》在《06規(guī)范》的基礎上，將護欄迎撞面混凝土的鋼筋保護層厚度的最小值4 cm提升至4.5 cm，且混凝土護欄內(nèi)側垂直部分可以有7.5 cm的余量用于路面加鋪。

《06規(guī)范》將混凝土墻式護欄簡化為豎向的懸臂結構后，運用懸臂梁理論對混凝土墻式護欄結構進行詳細的配筋計算。與該方法相比，《17規(guī)范》結合了美國現(xiàn)行AASHTO規(guī)范（2012版）的部分優(yōu)點，即混凝土護欄的具體的配筋設計綜合了屈服線分析理論與強度設計理論[9]，這是我國規(guī)范針對橋梁混凝土剛性護欄破壞模式的初步規(guī)定。屈服線理論忽略了混凝土剛性護欄的彈性變形，假定護欄發(fā)生碰撞破壞后主要變形集中在屈服線上，即橋梁面板必須有足夠的抵抗碰撞極限彎矩的承載能力，使橋面板的破壞模式限制在混凝土剛性護欄的范圍內(nèi)，這是《17規(guī)范》相對于《06規(guī)范》在混凝土護欄防撞性能設計條件上的重要提升。同時，基于屈服線分析理論的這一重要提升還隱性要求混凝土墻式護欄須具有一定的長度，才能發(fā)生護欄的變形主要集中在屈服線上的碰撞破壞模式，對于當前日趨主流的橋梁預制混凝土墻式護欄而言，其縱向尺寸的確定需開展實車足尺碰撞試驗。

5" 總結與展望

從整體發(fā)展歷程來看，我國近30年來針對橋梁混凝土墻式防撞護欄的設計要求逐漸提高。其中，《06規(guī)范》相對《94規(guī)范》的設計要求較《17規(guī)范》相對《06規(guī)范》的設計要求提高更明顯，且《06規(guī)范》與《17規(guī)范》均引入了概率統(tǒng)計的理念。

在橋梁混凝土墻式防撞護欄的防撞等級方面，《94規(guī)范》的設計方法較為含糊，《06規(guī)范》與《17規(guī)范》的設計方法則更為細致。其中，《17規(guī)范》較《06規(guī)范》整體提升了一個級別，但行車速度規(guī)定方面依舊與《06規(guī)范》保持一致。

在車輛碰撞荷載標準值的取值方面，《06規(guī)范》相對《94規(guī)范》的規(guī)定有顯著提升，《17規(guī)范》的規(guī)定與《06規(guī)范》規(guī)定基本相當。其中，《17規(guī)范》在《06規(guī)范》的基礎上，補充了HB級與HA級的車輛碰撞荷載標準值。

在橋梁混凝土墻式防撞護欄的防撞能力評估方面，《94規(guī)范》以吸收能量做為評估指標，而從《06規(guī)范》開始，則推薦以實車足尺碰撞試驗為依據(jù)，《17規(guī)范》則引入了更為先進的屈曲線分析理論進行強度設計與配筋計算。

在橋梁混凝土墻式防撞護欄的截面尺寸方面，《17規(guī)范》的規(guī)定相對《94規(guī)范》與《06規(guī)范》更加細致，且《17規(guī)范》進一步明確了車輛碰撞荷載標準值在混凝土墻式護欄上的分布長度，為預制護欄長度選取提供了一定的指導基礎。

結合橋梁混凝土墻式防撞護欄近30年來3種設計方法的變化歷程，在下一階段有望在行車速度提升、車輛荷載增大以及護欄容許破壞形式等眾多方面做出更加深入的設計理念改進與更為明確的設計要求提升。

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第一作者簡介：張顯雄（1986-），男，博士，工程師。研究方向為交通水運行業(yè)大型工程結構的技術研究與施工管理。