中央分隔带桥梁分设型波形梁护栏提升改造方案实车碰撞试验研究

张甘成

摘要：本文利用实车碰撞试验的方式，验证了杭金衢高速公路改扩建工程建设二期项目在用中央分隔带桥梁分设型波形梁护栏的提升改造方案，利用本文的提升改造方案，使原有中央分隔带桥梁分设型波形梁护栏的防护能力提升至520kJ。通过实车试验，验证了提升改造方案的安全防护能力达到SS级，提升后护栏的阻挡功能、导向功能、缓冲功能均满足SS级防护能力要求，防护能力达到520kJ。

关键词：中央分隔带;桥梁分设型波形梁护栏;提升改造;实车碰撞试验

中图分类号：U491.5+9             文献标识码：B

0、前言

随着全国提升公路桥梁专项行动的逐步开展，部分修建年份早的桥梁护栏，虽然按照《提升公路桥梁安全防护能力专项行动技术指南》[1]评估为II类、III类，但随着国内部分道路改扩建的开展，按照074-94规范 [2]或者D81-2006 [3]设计的桥梁护栏在提升至D81-2017规范[4] [5]要求的过程中面临到了一系列的技术问题。

我国已逐渐开展了桥梁护栏提升的方案技术研究：

付晓鹏针对武汉青山长江公路大桥梁柱式型钢护栏原设计结构防护能力不足的问题，为提升护栏结构的安全防护性能，对护栏总体高度、横梁形式、立柱形式和底部焊接板进行优化研究，提出护栏结构的优化设计方案。优化后的梁柱式型钢护栏总高度为1.66m，横梁为矩形管，立柱为斜H形，横梁与立柱采用角钢连接，底部焊接板平行于护栏迎撞面。对优化后的护栏结构参数进行规范符合性分析，并采用计算机仿真手段对优化后结构的安全性进行评估。结果表明：优化后的护栏总高度、横梁横向承载力距桥面的加权平均高度、横梁总高度以及横梁净距各项参数均符合规范要求;护栏可对小客车、大客车、大货车形成有效防护，其阻挡功能、缓冲功能、导向功能满足规范要求，防护能力达到SS级[7]。

龚帅为提升某跨铁路高速公路桥梁护栏的安全防护功能，运用调查分析、有限元计算与实车足尺碰撞试验综合技术手段，了解跨铁路高速公路桥梁护栏应具有高防护等级与减小车辆碰撞护栏时侧倾量的特殊防护需求，而原有护栏经过分析不满足该防护需求。针对这种情况提出了升级改造方案，并对方案的安全可靠性进行了验证。结果表明：护栏经1.5t小客车100km/h、18t大型客车80km/h、33t整体大货车60km/h以20°夹角碰撞检测，乘员碰撞后加速度最大为70.6m/s2，乘员碰撞速度最大为8.4m/s，大型客车与整体大货车碰撞护栏后最大动态外倾当量值分别为0.38m和0.41m，护栏达到了SS级高防护等级和车辆碰撞后低侧倾量的功能要求;护栏基座预埋螺栓经计算机仿真校核，其受力满足强度要求;结合现场设置条件及规范要求进行设计的护栏端部过渡结构，经计算机仿真分析验证，其具有安全可靠性。研究成果提高了跨铁路桥梁路段运营安全水平。[8]。

但对于依据074-94规范设计的分设型波形梁护栏提升至SS级，至今还没有可以参考的方案。

本文利用实车碰撞试验的方式，验证了杭金衢高速公路改扩建工程建设二期项目在用中央分隔带桥梁分设型波形梁护栏的提升改造方案，利用本文的提升改造方案，使原有中央分隔带桥梁分设型波形梁护栏的防护能力提升至520kJ。通过实车试验，验证了提升改造方案的安全防护能力达到SS级，提升后护栏的阻挡功能、导向功能、缓冲功能均满足SS级防护能力要求，防护能力达到520kJ。

1、现有分设型波形梁护栏现状分析

本文依托杭金衢高速公路改扩建工程建设二期项目，杭金衢高速公路工程建设项目为1999年10月设计，交通安全设施设计依据为JTJ 074-94《高速公路交通安全设施设计及施工技术规范》和JT/T 281-1995《高速公路波形梁钢护栏》。

其中，立柱间距：4m（加强段2m），横梁中心高度：60cm（距离路缘石顶面），护栏板选用4320×310×85×3（mm），立柱为Φ140×2000×4.5（mm），选用防阻块178×200×3（mm）。

现有护栏图纸如下图所示。

2、提升改造方案防护能力分析

2.1 提升改造方案设计

对现有分设型波形梁护栏提出了如下提升改造方案：

1.新增□130×130×6法兰立柱，通过M30化学锚栓固定法兰盘，螺栓植入深度为25cm，立柱间距2m。

2.新增3mm厚三波形梁板，通过自适应调节高度防阻块（图3）连接在立柱上，护栏板中心高度为697mm。

3.两块既有护栏板通过短防阻块和螺栓连接在立柱上，中心高度为1194mm。

2.2提升改造方案防护能力有限元仿真分析

根据JTG B05-01—2013《公路护栏安全性能评价标准》[6]中对六级（SS）防护等级护栏试验碰撞条件的规定，对提升改造方案中的护栏进行了实车碰撞试验验证，SS级护栏碰撞条件如表2。

下图为小型客车、大型客车和大型货车碰撞碰撞前后的状态，车辆碰撞护栏后，驾驶舱和乘员舱均未造成致命性损伤。

下图为改造后的护栏被车辆碰撞碰撞前后的状态，车辆碰撞护栏后，护栏未发生断裂现象，护栏完整性较好，未发生碎片飞落情况。

记录了小型客车的加速度值，车体重心X和Y方向的加速度，其中X向加速度峰值为38.22 m/s2，Y向加速度峰值为91.14 m/s2，提升改造方案具有较好的缓冲功能。

下图为小型客车、大型客车和大型货车碰撞护栏的运行轨迹，车辆碰撞护栏后，均顺利导出，护栏的阻挡和导向功能均满足防护要求。

综合以上结果分析，桥梁段分设型护栏提升至SSm级，在SS级（六级）小型客车、大型客车和大型货车碰撞条件下，经实车足尺碰撞试验，该护栏的阻挡功能、導向功能、缓冲功能指标符合JTG B05-01—2013《公路护栏安全性能评价标准》的要求。

该护栏标准段的小型客车、大型客车和大型货车安全性能满足SS级（六级）防护等级要求。

3、总结

1）本文提出了一种杭金衢高速公路改扩建工程建设二期项目现有中央分隔带分设型波形梁护栏的防护能力提升改造方案。

2）利用实车足尺碰撞试验验证的方式，对提升改造方案的安全防护能力进行验证，提升后护栏的阻挡功能、导向功能、缓冲功能均满足SS级防护能力要求，防护能力达到520kJ。

3）提升改造方案每延米新增用钢量为40kg。

参考文献

[1] 《提升公路桥梁安全防护能力专项行动技术指南》[S].

[2]《高速公路交通安全设施设计及施工技术规范》（JTJ 074-94）[S].

[3] 《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81-2006） [S].

[4] 《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81-2017） [S].

[5] 《公路交通安全设施设计细则》（JTG/T D81-2017） [S].

[6] 《公路护栏安全性能评价标准》（JTG B05-2013） [S].

[7] 陈岳峰，陈礼彪，曾俊铖. 高速公路跨铁路桥梁护栏安全性能提升研究[J]. 公路. 2021年04期.

[8] 付晓鹏. 桥梁梁柱式型钢护栏结构优化研究[J]. 桥梁建设. 2016年05期.

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