公路2009年1月第1期HIGHWAYJan12009No11文章编号:0451-0712(2009)01-0219-06中图分类号:U44317文献标识码:B金塘大桥重载交通组合式护栏设计及试验周颂,季广丰,陈向阳(浙江省舟山连岛工程建设指挥部舟山市316000)摘要:金塘大桥建成后,主要交通量将由集装箱车及大客车等大型车辆构成。本文针对金塘大桥的交通构成特点,采用有限元仿真分析结合实车碰撞试验,开发了适应重载交通、大型桥梁的高防护等级新型组合式护栏。关键词:重载交通;组合式护栏;有限元仿真计算;实车碰撞1概述金塘大桥全长211029km,其中海上桥梁长181415km。根据预测,金塘大桥建成通车后将有50%的交通量为集装箱车等大型车辆。如果护栏设计不合理,一旦发生车辆撞击护栏的事故,车辆容易坠桥,造成车毁人亡的严重后果,而且还可能发生坠落车辆砸击海上船舶的二次重大事故。因此金塘大桥的护栏采用了特殊设计,增加了护栏高度,以提高防护能力。2国内外研究国外相关规范对护栏基本结构形式有较明确规定,但国外的主要交通组成和护栏防护等级与我国有很大差别,难以采用。国内目前普遍采用的有金属梁柱式、钢筋混凝土墙式和组合式护栏3种型式。金属梁柱式护栏景观效果好,但要达到较高防护等级造价较高。钢筋混凝土墙式护栏防护能量较高,经济性较好,但其防止大型车辆翻越的能力及景观通透性均较差,不适合在跨海大桥上使用。组合式护栏目前采用比较普遍,但国内针对高防护等级的组合式护栏研究较少。因此,研究开发一种适应大型桥梁、重载交通的高防护等级的组合式护栏非常必要。3护栏防护等级的确定通过对金塘大桥周边港口的车型调查,结合《公路交通安全设施设计规范》与工程实际情况,金塘大桥护栏的防撞等级定为SA级,碰撞实验单车质量22t,碰撞速度65km/h,碰撞能量419kJ。4护栏方案比选411初拟护栏方案评价初拟护栏尺寸为桥面铺装层以上114m。其中,混凝土基座高75cm,上部钢护栏高65cm,见图1。图1初拟护栏结构示意41111桥梁翼缘板强度验算组合式护栏通过连接钢筋与桥梁翼缘板连接固收稿日期:2008-11-24定,车辆碰撞护栏时,碰撞荷载将传递到翼缘板上,因此需对翼缘板强度进行验算。(1)碰撞力计算。碰撞力由公路交通安全设施设计规范中最大横向碰撞力计算公式计算:Fmax=π2·m(V1sinθ)22000[Csinθ-b(1-cosθ)+Z]式中:Fmax为车辆作用在护栏上的最大横向碰撞力(kN);m为车辆质量(kg);V1为车辆的碰撞速度(m/s);θ为车辆的碰撞角度(°);C为车辆重心至前保险杠之间的距离(m);b为车辆的宽度(m);Z为护栏的横向变形(m)。各参数的取值分别为:m=22000kg,316×V1=65km/h,θ=20°,C=415m,b=215m,Z=0m,经计算Fmax为475kN。(2)翼缘板强度。翼缘板验算截面为Ⅰ-Ⅰ截面(见图2)。图2翼缘板受力图示根据规范,组合式护栏梁柱式结构和混凝土墙体承担的碰撞力大小均为Fmax2,假设上部梁柱式结构的作用力由4根立柱承担,则每根立柱作用力均为Fmax8;即立柱作用力作用于上下横梁中心位置处Fmax16,则其在钢筋混凝土墙顶部(A-A截面)产生的最大总弯矩:M柱=4×h1×Fmax16+4×h2×Fmax16=4×01544×47516+4×01315×47516=102kN·m式中:h1为上横梁至A-A截面的高度,h1=5414cm;h2为下横梁至A-A截面的高度,h2=3115cm。梁柱式护栏传递下来的水平力F柱(Fmax2)对桥梁翼缘板产生的弯矩:M柱水平力=h3×Fmax2=019×4752=214kN·m式中:h3为钢筋混凝土墙顶F柱作用点距护栏底(B-B)部的距离,h3=90cm。作用于混凝土墙体上的碰撞力Fmax2对桥梁翼缘板产生的弯矩:M混凝土=h4×Fmax2=0185×4752=202kN·m式中:h4为作用在钢筋混凝土墙上的碰撞力作用点距护栏底(B-B)部的距离,h4=85cm。碰撞力作用在桥梁翼缘板上的有效宽度为:a0=D+2H式中:H为外力作用点至计算截面的长度,取H柱=0190m,H混凝土=0185m;D为荷载分布宽度,根据规范,取D=5m。而M柱是由4根立柱的外力产生的弯矩,立柱间距为2m,因此其分布宽度取6m。则作用在桥梁翼缘板上的单位长度弯矩为:M碰撞力单位长度弯矩=M柱+M柱水平力a0柱+M混凝土a0混凝土=102+2146+2×0190+2025+2×0185=7017kN·m金塘大桥需安装组合式护栏的引桥包括30m跨、50m跨、东通航孔桥、60m跨和118m跨。通过比较,60m跨箱梁翼缘板最为薄弱,因此,选择60m跨箱梁进行翼缘板...
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