既有跨湖区长大桥梁护栏防撞能力提升设计.pdf

:./.既有跨湖区长大桥梁护栏防撞能力提升设计收稿日期:作者简介:李 雷()男硕士高级工程师从事桥梁设计及技术管理工作李 雷 徐小靖 冯 晶(.中亿丰建设集团股份有限公司江苏 苏州 .苏交科集团股份有限公司江苏 苏州)摘 要:既有跨湖区的长大桥梁其栏杆防撞能力提升设计除满足常规桥梁护栏的要求外还要统筹兼顾桥梁的美观、环保、交通影响小、施工速度快等 结合实际工程对三种提升此类桥梁防撞能力的设计方案进行了比选对其设计施工要点进行分析探讨并进行了防撞护栏抗倾覆验算及车辆撞击计算结果表明各项均满足规范要求关键词:桥梁护栏改造设计防撞能力提升湖区桥梁中图分类号:文献标识码:文章编号:()近一段时期以来国内发生多起重特大交通安全事故如 年 月陕西安康大客车撞击隧道事故、年 月重庆万州长江二桥公交车坠江事故等给桥梁安全防护工作敲响了警钟 在此背景下江苏省交通运输厅相继出台了一系列通知决定在全省范围内开展提升公路桥梁安全防护和连续长陡下坡路段安全通行能力专项行动 本项目桥梁由于发生过多起人员伤亡的交通事故被苏州市政府列为 年度 项重大安全生产事故隐患整改项目之一实施市级挂牌督办 工程概况本项目桥梁跨越苏州太湖风景区分两幅东幅桥全长 西幅桥全长 两幅桥的结构形式一致 单幅桥宽.路幅布置为.护栏.车行道.硬路肩(非机动车道)人行道.石材栏杆两幅桥之间的“天窗”净宽.桥梁总宽.除通航孔采用预应力混凝土箱梁外其余均采用预应力混凝土空心板梁 线路等级为二级公路兼顾城市主干道限速 /桥梁现场照片如图 所示图 1桥梁现场图桥梁位于饮用水源二级保护区范围内施工期对水质及环保要求较高 人行道板下布置有 孔 及以下电力管线采用混凝土包裹 现状人行道侧石为净高 、厚 的钢筋混凝土侧石现状人行道外侧栏杆高.为细石混凝土结构防撞能力不足主要依靠净高 的侧石防护车辆安全 由于桥梁位于太湖风景区对桥梁景观要求较高现状栏杆造型、色彩与桥梁结构较好的融为一体早已被当地人们所接受和认可 防撞能力提升设计方案比选根据提升公路桥梁安全防护能力专项行动技术指南(交通运输部办公厅 年 月)及江苏省交通运输厅有关文件结合国内其他项目改造案例设计共提出三个提升桥梁护栏防撞能力的方案主要区别在于增设或改造护栏的位置不同:)在硬路肩(非机动车道)内设置如图 所示)在人行道外侧设置护栏需拆除现有栏杆如图 所示)在人行道侧石位置增设护栏见图图 2方案一（机非之间增设护栏）机动车道非机动车道人行道0.750.31.452.5单位：m图 3方案二（改造人行道外侧栏杆）机动车道非机动车道人行道第 卷 第 期 年 月 山西建筑 .图 4方案三（人行道侧石位置增设护栏）机动车道非机动车道人行道.硬路肩内增设防撞护栏在硬路肩内设置防撞护栏不仅可以起到保护机动车不会坠入湖中还可以防止机动车撞击非机动车以及行人 在满足机动车道右侧硬路肩宽度不小于 的条件后扣除防撞护栏宽尺寸硬路肩范围内可供非机动车通行的路面宽度仅为.(见图)不满足城市道路路线设计规范关于非机动车道宽度的要求 考虑到该桥梁兼顾城市桥梁功能硬路肩在实际交通功能中用以通行非机动车因此该方案难以被交警部门接受.人行道外侧栏杆改建为防撞护栏本桥梁连接太湖风景区和该区域重要的旅游度假区现状人行道侧栏杆造型和材质为与周围环境和文化较为协调桥梁建成年代较长人们在心理上早已接受该人行道栏杆 若将现状栏杆更换为金属或混凝土防撞护栏则栏杆外观较“硬”与桥梁柔和的造型与桥位处典型的江南文化的“软”不协调同时对桥梁的外观也有较大改变景观有较大影响因此该方案业主和市民难以接受.人行道侧石位置增设防撞护栏前两个方案业主较难接受为此设计提出在人行道侧石位置增设防撞护栏的方案 该方案不仅能起到防止车辆坠入湖中的目的还能防止车辆撞击行人 同时桥梁人行道外侧的现有石材栏杆可完全保留护栏设置在人行道侧石位置基本不影响大桥的整体景观风貌施工期间对水域、水质、生态没有任何不良影响 为最大限度降低增设的护栏对现有桥梁景观的影响设计采用“融入”的景观设计手法选用有一定造型的、适合桥位周边文化和自然景观的护栏立柱同时将栏杆和侧石均涂装成乳白色与现状人行道外侧栏杆颜色保持一致 因此业主倾向采用此方案 通过对以上三种防撞护栏方案的比较(见表)最终推荐方案三也为业主所接受 增设护栏设计方案.防撞护栏等级选取根据江苏省人民政府关于全省县级以上集中式饮用水水源地保护区划分方案的批复(苏政复 号)文件内容项目桥梁位于饮用水源二级保护区范围内护栏防撞等级满足设计规范即可不需要额外提高表 护栏方案比选表比选内容位置对非机动车的影响安全性美观施工影响结论方案一硬路肩内不满足要求 机非隔开安全性高 较好对机动车道有影响 不推荐方案二人行道外侧无影响高一般对人非道有影响不推荐方案三人行道侧石无影响高好对非机动车道有影响 推荐 本项目桥梁属于二级公路设计速度为/部分桥梁段位于二级水源保护区范围内车辆事故严重等级为“中”依据/公路交通安全设施设计规范规定确定本项目桥梁护栏的设防等级为三()级对于组合式护栏按照/公路交通安全设施设计细则第.条的规定:各防护等级组合护栏的高度可在同等级混凝土护栏高度 的基础上增加 即护栏高度不低于 本项目设计护栏高度拟定为 满足规范要求 新增护栏设计断面见图 图 5新增护栏设计断面1004 cm 沥青混凝土铺装防水层16 cm C50 混凝土增设金属护栏现状桥面钢筋网2%3070单位：cm.防撞护栏总体设计方案护栏采用不锈钢材质立柱采用铸造成型的整体式结构立柱间距为 横管为 的圆管钢结构高度 侧石高度 护栏总高 护栏立柱所需锚固宽度至少 而现状钢筋混凝土侧石横向宽度仅为 无法布置立柱故需要增加侧石横向宽度人行道下布设有众多强电管线且用混凝土包裹密实所以往人行道内侧加宽侧石是不可行的因此设计考虑往硬路肩一侧新增厚度 的梯形混凝土基座用以布置金属护栏立柱如图 所示同时也增加了侧石的美观和趣味 新增加的梯形混凝土采用水平植筋的方式与现状侧石形成整体共同受力图 6新增护栏基座平面布置人行道机动车道非机动车道侧石20135302003020单位：cm根据老桥检测报告中显示桥梁始建于 年梁体结构多处出现破损、露筋等病害评定等级为 类桥梁因此增设护栏时不宜过多增加桥梁恒荷载、不宜对现状桥梁空心板进行植筋施工且不宜采用大型施工机 第 卷 第 期 年 月 李 雷等:既有跨湖区长大桥梁护栏防撞能力提升设计械 为此如图 所示设计考虑凿除紧挨人行道侧石的 宽路面凿除至梁结构顶面凿除总厚度为 含 沥青混凝土和 混凝土铺装 凿除后水平放置护栏立柱锚固螺栓恢复 厚的 混凝土铺装和钢筋网然后铺筑 厚的沥青混凝土对于老桥结构来说增加的恒载仅为护栏立柱基座的梯形混凝土以及钢结构护栏的自重恒载增加值合计约./经验算复核桥梁结构的承载能力极限状态和正常使用极限状态均满足设计期的有关规范要求.防撞护栏抗倾覆验算根据规范 公路护栏安全性能评价标准实验车辆的主要技术参数指标三()级护栏选取.的小客车及 的中型客车 的中型货车分别计算实验车辆的抗倾覆有效高度(护栏考虑 .的变形量)根据项目实际情况补充验算大型客车实验车辆的抗倾覆有效高度(大型客车按照防护等级提高为 级计算护栏考虑 .的变形量)经计算小客车的抗倾覆高度为.中型客车的抗倾覆高度为.中型货车的抗倾覆高度为.大型客车的抗倾覆高度为.护栏横梁平均高度为.规范规定的三()防护等级三种车型及补充计算的大型客车抗倾覆计算均满足要求.防撞护栏车辆撞击计算依据 公路护栏安全性能评价标准确定设防等级为三()级的试验碰撞车辆为.小型客车、中型客车、中型货车依据 公路交通安全设施设计规范计算车辆作用在护栏上的最大横向力:横 ()考虑护栏横向动态变形值为.分别计算三()级防护等级下小型客车、中型客车、中型货车三种不同车型的汽车碰撞力得到各车辆最大碰撞力如表 所示表 各车辆横向碰撞力计算值车辆类型小型客车(.)中型客车()中型货车()横/.计算可得:在三()级防护等级条件下各试验类型车辆作用在护栏上的最不利横向力大小为.根据有关规范对护栏承载能力、抗倾覆、螺栓承载力等进行了验算均满足规范要求 基座连接设计为减少对现状桥梁的破坏且避免对桥梁主体结构的破坏本次方案采用对现状桥面混凝土铺装分块拆除(与护栏立柱对应)在现状铺装内预埋前排螺栓至梁顶老桥混凝土铺装内的钢筋网完全保留后排螺栓采用植筋方法然后浇筑桥面和基座混凝土摊铺桥面沥青混凝土(沥青铺装厚度减小为 )基座连接如图 所示 完工后效果图如图 所示图 7护栏基座连接图4 cm 沥青混凝土铺装16 cm C50 混凝土主梁图 8完工后效果图 施工方案分段封闭非机动车道在机非分隔处设置围挡形成施工作业区 为保护桥梁结构安全采用小型机械进行桥面铺装凿除(横桥向凿除 宽)露出原桥面铺装钢筋网 预埋防护护栏地脚螺栓绑扎钢筋网然后重新浇筑 宽的混凝土铺装厚度为 强度等级为 最后铺筑 沥青混凝土并恢复标志标线 本项目桥梁对景观要求较高因此人行道侧石侧面和顶面均进行了真石漆的喷涂(见图)图 9施工过程现场图 结语在进行桥梁防撞能力提升设计中要根据项目的位置、文化和环境要求遵循安全、美观、环保的原则合理选择桥梁护栏等级、外形并确定护栏合适的设置部位 防撞护栏与老桥结构的连接方式应根据实际情况灵活选择既要考虑连接的可靠、耐久也要考虑老桥结构的安全参考文献:焦驰宇朱格西龙佩恒等.城市桥梁新型铝合金防撞护栏安全性.科学技术与工程():.方艳红.浅析桥面混凝土铺装层凿除方案.科技传播():.尚发勇.公路桥梁护栏改造工程施工.科技风():.第 卷 第 期 年 月 山西建筑 :./.桥梁结构动挠度变化规律及计算模型研究收稿日期:作者简介:黄晓东()男高级工程师从事桥梁设计工作黄晓东(中国华西工程设计建设有限公司四川 成都)摘 要:随着科学技术的不断发展桥梁工程成为现代交通不可或缺的一部分但由于本身的结构复杂及受动荷载的影响大桥梁的稳定性一直处在重要位置 因此为研究车辆移动荷载下的桥梁挠度变化规律本文依托于某桥梁工程案例建立有限元模型分析桥梁结构在不同车速及不同轴重下的动挠度变化规律并建立了动挠度随车速及轴重变化的计算参数拟合模型 研究结果表明随着车速的不断增加动挠度的变化速率呈现增加的趋势随着轴重的增加动挠度的数值呈现线性增加的趋势计算拟合模型的动挠度结果与有限元计算结果误差在.以内可信度较高表明本文建立的参数计算模型能够很好地反映动挠度随车速及轴重的变化规律关键词:移动荷载桥梁有限元挠度拟合中图分类号:.文献标识码:文章编号:()引言桥梁工程在建设过程中需对桥梁主体结构进行受力分析具有评定桥梁受力状态是否满足安全性及可靠性的要求 车辆移动荷载是检验桥梁变形稳定性的重要检验标准因此车辆动荷载的挠度变化规律是掌握桥梁受车辆动载影响的关键所在由于桥梁受动荷载的影响较大容易出现偏移量大、沉降开裂以及失稳等情况大量学者对桥梁动荷载的研究非常重视 史大利通过车辆移动荷载的跑车、刹车及跳车等对预应力混凝土连续刚构桥动力响应分析判定桥梁动力特性是否异常马松江依托于试验检测进行桥梁动载及静载有限元模拟并依据长期挠度观测评价桥梁结构的安全性张文韬以桥隧结构综合体系为研究对象建立车辆移动荷载有限元模型下的结构振动响应提出最不利位置的影响系数并提出改进建议潘平通过收集大量桥梁动静载试验数据对比分析桥梁动静载试验参数的潜在规律提出经济合理的桥梁结构试验方法姜红喜等依据桥梁自振特性与车辆移动荷载的联合特性结合试验检验结果对桥梁的安全稳定性进行评价王一平通过某大桥的动力响应有限元分析并结合实际检验结果获得了桥梁动力系数的变化规律大量研究表明动荷载对工程中的桥梁稳定性影响较大研究人员对此进行的理论研究仍处于探索阶段为研究车辆移动荷载对桥梁结构挠度变化的规律本文依托于某工程箱型桥梁的结构特点施加不同车速、不同轴重的车辆移动荷载分析桥梁的挠度变化规律获得动挠度随车速及轴重变化的计算参数拟合结果 桥梁动载分析理论.有限元理论概述有限元计算方法在土木工程的力学计算中得到广泛应用 它是一种通过数理方法计算方程进行求解各类受力特性的分析软件该方法主要是将数学理论与结构特性紧密结合在一起的计算方法最终通过计算机运算获得新型数值计算技术 从有限元计算的应用上看在电磁学、热力学、流体力学、固体力学等方面均能得到广泛的应用尤其是针对结构分析在房建工程、桥隧工程、(.):.:第 卷 第 期 年 月 山西建筑 .