呼和浩特市某城市快速路改造提升工程中防撞护栏类型的应用研究

康师表，殷光耀，杨波，刘鹏

(呼和浩特市政工程设计研究院有限公司，内蒙古 呼和浩特 010020)

引言

目前，国内城市快速路主要采用钢筋混凝土防撞护栏和组合式防撞护栏。选择这两种护栏的主要考虑因素有：

(1)护栏自身刚度大，在碰撞发生时，变形量小，车辆不易冲出车道发生二次事故[1]；

(2)可有效解决防撞护栏与声屏障、交安智能杆件以及灯杆的位置关系。

(3)后期维修养护成本低、安全性好。

目前钢结构防撞护栏主要应用于跨江及跨河桥梁，在城市快速路应用较少。

1 工程概况

呼和浩特市昭乌达路哲里木路改造提升工程起于南二环快速路，沿哲里木路北上止于北二环快速路，路线全长约9.6km，主线标准段和平行匝道采用全预制拼装技术。该快速路南北横穿呼和浩特市中心主城区，因此其对景观设计也提出了较高要求。本工程原设计方案中桥梁采用钢筋混凝土防撞护栏，为提高其景观效果、增强行车舒适性，现对钢结构防撞护栏这一结构新颖、景观效果较好的新型城市快速路桥梁护栏形式进行可行性研究。

2 防撞护栏结构设计

2.1 防撞护栏与声屏障的位置关系

(1)混凝土防撞护栏

快速路主线高架桥标准段宽25.5m，双向六车道，桥梁上部结构为预应力混凝土小箱，原设计方案中混凝土防撞护栏宽500mm(外挑150mm)，实际占用小箱梁结构宽350mm，声屏障置于护栏上方。

图1 呼市南北高架主线标准横断面图(混凝土防撞护栏)

图2 呼市南北高架混凝土防撞护栏构造图

(2)钢结构防撞护栏

为确保快速路运营过程中声屏障的使用安全，本方案拟将声屏障布设于钢结构防撞护栏外侧。钢结构防撞护栏与声屏障并排放置，横向总宽度850mm，由于主线标准段和平行匝道采用全预制拼装技术，为保证桥梁上部结构宽度不变，需单向外挑500mm。

图3 呼市南北高架主线标准横断面图(钢结构防撞护栏)

图4 呼市南北高架钢结构防撞护栏构造图

2.2 防撞护栏与交安智能杆件、灯杆的位置关系

(1)混凝土防撞护栏

混凝土防撞护栏中声屏障布置于护栏上方，路灯及智能交安杆件布置于护栏外侧，声屏障及护栏连成一体，无需断开。

图5 混凝土防撞护栏与各类杆件位置关系效果图

(2)钢结构防撞护栏

钢结构防撞护栏中灯杆及小型交安智能杆件基础布置于声屏障外侧；声屏障仅在遇部分大型交安智能杆件(龙门架等)时，需断开。

图6 混凝土防撞护栏与各类杆件位置关系效果图

2.3 防撞护栏中照明、只能交通等管线布设方式

根据照明及智能交通等管线使用要求，昭乌达路改造提升工程主线高架需预埋至少4根Φ75的PVC管。

(1)混凝土防撞护栏

混凝土防撞护栏中PVC管线预埋置护栏内部。

图7 混凝土防撞护栏中预埋管线布置方式

(2)钢结构防撞护栏

①钢结构防撞护栏中PVC管线以桥架的方式布设于声屏障基础下方。

图8 钢结构防撞护栏中预埋管线布置方式-1

②钢结构防撞护栏中PVC管线预埋置护栏内部。

图9 钢结构防撞护栏中预埋管线布置方式-2

2.4 防撞护栏防坠落物的安全保障措施

(1)混凝土防撞护栏

混凝土防撞护栏可有效避免车轮飞石坠落桥下，且不容易形成冰锥，故可不做安全保障措施。

图10 混凝土防撞护栏声屏障效果图

(2)钢结构防撞护栏

为避免桥上车轮飞石、冰锥等坠落引起桥下车辆及行人的安全事故，钢结构防撞护栏在未设置声屏障的路段需设置隔离栅。

图11 钢结构防撞护栏声屏障效果图

2.5 防撞护栏结构设计验算

(1)桥面铺装

桥面铺装10cm钢筋混凝土铺装0.1*1*25=2.5KN/m，10cm沥青混凝土0.1*1*24=2.4；合计：4.9KN/m，按均布荷载施加；

(2)声屏障荷载计算

①风荷载计算

根据《建筑结构荷载规范》[2](GB 50009-2012)，按重现期为50年的基本风压计算风荷载。

按围护结构计算：

wk=βgzμslμzw0

(2-1)

式中：βgz——高度z处的阵风系数，根据规范取1.59；

μsl——风荷载局部体型系数，取1.30；

μz——风压高度变化系数，取1.39；

w0——基本风压(可kN/m2)，取0.6kN/m2。

wk=βgzμslμzw0=1.59×1.30×1.39×0.6

=1.724kN/m2

声屏障长度、高度分别取L=2.04m、H=5.50m。

则风荷载标准值为：

Fwb=wk·L·H=1.724×2.04×5.5=19.34kN

(2-2)

②风荷载对小箱梁顶板产生的弯矩

声屏障基座高(基座顶到小箱梁顶)h=0.55m

声屏障风荷载对小箱梁顶板产生的弯矩：

(2-3)

③声屏障自重计算(包括H型钢立柱、吸声板)G1=6.59kN

(3)钢护栏荷载计算

①碰撞力产生的弯矩计算

SA级防撞护栏考虑汽车撞击作用,根据《公路交通安全设施设计规范》3.5.5条得到P=410.0kN，可得桥面板上的弯矩为：

M2=410/(1.55+2.4+1.55)×0.9=67.1KN·m

(2-4)

②钢护栏自重G2=1.03 kN

③基座自重G3=14.77 kN

④基座对小箱梁顶板产生的弯矩

M3=14.77 ×0.1=1.48kN

荷载统计如下：

表1 小箱梁悬臂端部竖向荷载

表2 小箱梁悬臂端部弯矩

(4)汽车荷载

按城市桥梁荷载《标准》4.1.3.1，总重70t，车轮着地尺寸纵x横=a1xb1=0.25x06m。

(5)验算结果

(a)承载能力极限状态正截面强度验算

取小箱梁悬臂根部截面进行验算，受力钢筋采用HRB400级，直径为25mm，间距100mm，钢筋中心距离截面边缘的距离为55mm，按受弯构件进行验算。

图12 承载能力极限状态最大抗力及对应内力包络图(红线为最大抗力，黑线为组合内力)

图13 承载能力极限状态最小抗力及对应内力包络图(红线为最小抗力，黑线为组合内力)

从图中可以看出，小箱梁边梁处控制断面的抗力大于相应内力，满足规范要求。

(b)正常使用阶段抗裂验算

裂缝依据《公预规》(JTG D62-2004)6.4.3条公式(6.4.3-1、2)计算，裂缝控制宽度根据上述规范第6.4.2条按Ⅰ类和Ⅱ类环境裂缝限制0.2mm控制。

图14 正常使用极限状态短期效应组合桥面板裂缝图(红线为上缘，黑线为下缘)

从图中可以看出，小箱梁边梁处裂缝宽度小于0.2mm，满足规范要求。

3 防撞护栏方案对比分析

表3 防撞护栏方案对比分析表

4 结论

由于城市快速路高架上部附属设施种类及数量繁多，当采用钢结构防撞护栏时，其相应细部节点处理复杂，且声屏障需在龙门架位置处断开，影响其降噪效果；且钢结构防撞护栏外侧安装声屏障或隔离栅，在整体景观效果上并不能较好体现出钢结构防撞护栏通透性好、线型优美、色彩绚丽等特点，将降低桥梁景观效果。因此目前国内城市快速路较少采用钢结构防撞护栏。