中邦修筑西南安排咨议院有限公司 重庆交通大学土木匠程学院 重庆市璧山区青杠街道策划摆设处分环保办公室

　　摘 要：近年来，失控机动车爬越人行道台阶破栏坠桥事项频发，对群众性命资产安然带来了一系列强大耗费。基于此，急迫需求采用可行的手段以提升桥梁防撞护栏的防护职能，从而有用把持该类事项的发作危机和低落其后果。该文正在深化总结现有各种桥梁防撞手段的使用特性和亏空的基本上，提出一种新型安装式桥梁人车远隔防撞护栏。该护栏厉重由护栏主体和锚固座构成，锚固座和底板前离别设立竖直抗力钢板与秤谌抗力钢板并采用螺栓贯串。针对该护栏的特性，咨议中开始就其受力特质举办传力途径观念判辨。其后，按照干系安排榜样采取圭臬碰撞荷载，采用严密化有限元形式对该类新型护栏和守旧护栏举办比拟，归纳探究举座和各部件的具体力学行径。正在此基本上，咨议中按照圭臬碰撞荷载举办放大，对上述两类护栏正在极限状况下的失效荷载和失效形式打开进一步的比拟判辨。结果解说：该文提出的新型护栏知足榜样哀求，且比拟于守旧护栏防撞职能具有较清楚的提拔。

　　基金：邦度自然科学基金资助项目(编号：51778094);重庆交通大学咨议生科研改进项目(编号：2021S0019);

　　防撞护栏动作公道交通安然措施中最常睹的被动防护措施，可能必定水准上确保道侧行人和车上乘员的性命安然，同时兼有诱导驾驶员视线、添加行车安然感和美化公道境遇的效率[1,2]。但近年来，失控车辆冲突护栏坠落桥下的事项时有发作[3],咨议解说：发作坠桥事项的一大起因正在于既有桥梁人行道与车行道的高差太小(日常为25 cm)导致失控车辆易爬上并越过人行道进而冲突护栏。为有用提拔桥梁护栏的防撞职能，合阐明决失控车辆冲突护栏发作坠桥事变，该文针对既有桥梁加固安排和新桥安排流程离别提出差异的处置计划。

　　依据前文所述，合理有用处置失控车辆发作坠桥事变的思绪正在于合理安排车行道与人行道的相对高度或是依据需求正在道侧周围设立防撞护栏，以此抗御失控车辆爬上人行道变成更大的职员伤亡与资产耗费。

　　刚性护栏因为质地较大，受到碰撞后基础不形成变形，能反抗强健横向秤谌进攻力[4],于是正在安排中日常将这种护栏设备正在人行道周围以此来抵御失控车辆的碰撞；此外探究到现有的人行道和行车道高差太小，也有正在新桥安排时直接采用增高人行道的计划。这两类计划性子上都是采用以混凝土为主的刚性护栏，于是看待桥梁护栏的防撞职能有较大提拔，不过车辆与该类护栏碰撞时，车辆将形成变形，给乘员性命带来必定安然危机[5,6,7]。同时，刚性护栏的使用也将清楚添加桥梁自重，变成后续桥梁的维素养护本钱提升。

　　既有桥梁的加固安排中因为恒载添加会导致桥梁的力学行径与安排收支较大，于是日常众采用正在人行道道缘石上设备雕栏立柱锚固座，锚固座之间固定金属管的防撞计划[8]。使用该类半刚性护栏的好处正在于其雕栏众采用钢管等柔性构件，具有较好韧性和气冲才力，也许起到偏护搭车职员和裁减车辆耗费的主意；同时组织轻型、安设轻便。但该类措施防车辆翻越成果较差，且正在其受力后易展现金属管和锚栓损坏从而导致护栏直接失效[9,10,11]。

　　可能看出，现有各种桥梁防撞护栏计划均存正在各自的使用特性和亏空之处。于是，急迫需求研发一种新型桥梁防撞护栏，正在不清楚添加桥梁自重、影响桥梁受力行径的基本上，提升护栏韧性和抗进攻才力，完成有用牢靠的车辆防撞和对车内成员的偏护。

　　前文所述的两类护栏固然正在抗御汽车坠落、确保搭车职员安然与减小车辆耗费方面具有各自的使用上风，不过均存正在清楚的亏空之处。于是，该文正在现有阻截车辆坠桥手段基本上提出一种针对桥梁既有人行道高度亏空阻档失控汽车爬越破栏坠桥题目的第三类桥梁雕栏，即新型安装式桥梁人车远隔防撞护栏(以下简称新型远隔护栏，如图1所示)。其安排思绪厉重呈现正在以下3个方面：

　　(1) 竖立面雕栏从构制式子上对既有人行道有用增高，阻难车辆爬越，同时采用倒U形截面安排以增大其横向刚度。

　　(2) 雕栏通过锚固座与混凝土道缘石贯串成为举座，填塞阐发道缘石的圬工自重对车辆进攻的禁止效率。

　　(3) 锚固座同时采用秤谌螺栓和竖直螺栓与道缘石贯串，填塞阐发锚固螺栓的抗剪职能。

　　基于上述安排，咨议中对新型远隔护栏和既有远隔护栏(以下简称惯例护栏)举办了碰撞荷载下的传力旅途观念判辨，如图2所示

　　从图2可能看出：发作碰撞时，相较于惯例护栏仅依赖立柱和底部钢板的焊接成果来抵御护栏内部形成的拉应力，新型远隔护栏传力办法更为科学、牢靠。当荷载效率到前抗力板上时，一个人荷载直接通过底座钢板往锚固座后方通报。这个人荷载厉重对竖直螺栓变成剪力效率，而通过螺栓的抗剪通报到混凝土中；另外，因为荷载会对锚固座形成弯矩效率，正在锚固座内部同时会变成沿着由前抗力板到背板的剪力流，这个人效率厉重由秤谌螺栓继承，通过其抗剪通报到混凝土中。

　　为进一步判辨验证新型远隔护栏的防撞职能，咨议被选取上述既有远隔防撞护栏举办比拟判辨，其全部组织尺寸如图3所示。

　　正在举办桥梁护栏安排时，日常需求开始确定护栏的安排防护品级[12,13,14],其后按照JTG/T D81—2017《公道交通安然措施安排细则》[15]确定车辆碰撞荷载圭臬值

　　,如外1所示。该文所提出的新型远隔护栏属于柔性护栏组织，于是判辨被选取该类护栏安排中较常用的SA级，同时相应地采取了该品级下最大的345 kN动作圭臬碰撞荷载。

　　咨议采用Ansys-APDL通用有限元软件对两类护栏作战了严密化有限元判辨模子，如图4所示。模子厉重征求桥梁和人行道组织、护栏、锚固座和锚固螺栓。个中，护栏和锚固座采用由三维弹塑性壳单位Shell181举办模仿，单位尺寸为100 mm。桥梁和人行道组织采用三维实体单位Solid65模仿，全体尺寸为20 mm, 正在锚固座处局限严密化为5 mm。螺栓采用三维实体单位Solid185模仿，尺寸为5 mm。

　　因为该文厉重咨议对象为护栏，于是仅对桥梁和人行道组织作战完结部模子举办模仿。判辨中对有限元模子的左、右、前、后端和底面举办3个偏向自正在度的抑制。同时，模子中存正在螺栓与锚固座、螺栓与混凝土、锚固座与混凝土以及雕栏与锚固座的众个接触闭连。个中，螺栓与混凝土的接触界面上采用位移插值耦合的办法举办贯串。其余均采用面-面接触单位作战模子。

　　为团结块睹，咨议中针对两类护栏均采用桥梁用组织钢Q345动作护栏钢板，而螺栓的职能品级取为10.9级。相应地，判辨中采用双线性模子对钢材的弹塑性本构举办模仿。

　　依据JTG/T D81—2017《公道交通安然措施安排细则》中闭于车辆横向荷载圭臬值的采取正派并探究到碰撞流程中荷载实质效率鸿沟，该文采取了防护品级五(SA)对应下的圭臬荷载及漫衍长度，即345 kN荷载和2.4 m效率长度的组合。

　　图5为两类护栏正在圭臬荷载下的变形判辨(图5中，左为惯例护栏，右为新型远隔护栏)。

　　总体来看，正在圭臬荷载下，惯例护栏变形有清楚的倾倒趋向，其最上端变形到达8.55 mm。相反，新型远隔护栏厉重显示凹陷变形，仍能仍旧与秤谌面相对笔直，其最大变形值仅为惯例护栏的52%(4.46 mm)。另外，新型远隔护栏中，远离荷载效率鸿沟的变形清楚减小。而极限碰撞荷载效率下，惯例护栏展现明显的倾侧变形，大概导致车辆正在其到达极限状况之前即已翻越护栏坠桥。相应地，新型远隔护栏仍旧厉重显示出凹陷变形的趋向，从而确保正在其极限状况到达之前都也许为碰撞车辆供给有用的偏护 。

　　从图6可能看出：惯例护栏的峰值应力展现正在柱座底部，而新型远隔护栏的峰值应力仅展现正在锚固节点板螺栓孔左近。额外地，惯例护栏底部已展现了较为清楚的塑性服从。于是正在极限应力状况下，其塑性服从进一步繁荣，将导致护栏举座刚度消浸从而无法连续承载。相应地，新型远隔护栏的锚固座峰值应力尚低于服从应力，具有较好的进一步承载才力，且正在极限应力状况下护栏正在锚固座节点板孔壁和横隔板处展现塑性服从，且服从区域漫衍较为广大，填塞阐发了各个部件的原料职能。于是也阐明正在传力旅途上较惯例护栏更为科学合理。

　　相较于惯例护栏中的锚固螺栓，新型远隔护栏的锚固中秤谌螺栓应力峰值低落约55%,竖直螺栓应力峰值低落约38%。比拟结果解说：相较于惯例护栏，新型远隔护栏的贯串构制正在圭臬荷载效率下尚存正在较为可观的承载力储藏。另外，固然两种护栏的锚固螺栓应力均正在弹性鸿沟内，但惯例护栏的秤谌螺栓最大应力一经到达了612 MPa, 非凡挨近服从应力900 MPa, 解说其残存承载才力有限。到达极限应力状况时，两种护栏中秤谌螺栓的峰值等效应力较为挨近，均正在700 MPa把握，未到达塑性服从状况。同时，两种护栏中竖直螺栓均到达了900 MPa的服从应力。值得预防的是，新型远隔护栏中锚固螺栓已展现大鸿沟的塑性服从，解说其最终失效是因为螺栓无法连续承载导致。相反地，惯例护栏的锚固螺栓仅展现极为局限的塑性服从，联结正在圭臬工况下的应力景况可能解说其最终失效是由柱座的塑性失效惹起，而螺栓尚有必定承载才力。

　　由图8可能看出：两种护栏中，竖直螺栓和秤谌螺栓处混凝土均存正在差异水准的失效。另外，正在惯例护栏的秤谌螺栓左近，已展现较大鸿沟的混凝土失效，而新型远隔护栏仅正在锚固螺栓左近展现了较为有限的混凝土失效。正在极限状况下采用惯例护栏时混凝土桥面开裂区域仅局部正在角点左近，而采用新型远隔护栏时，这一开裂区域展现了较为可观的开裂失效，可能填塞阐发主梁圬工组织正在防撞中的效能。

　　曩昔文的有限元判辨中可能看出：正在圭臬碰撞荷载效率下惯例护栏已有清楚的倾倒趋向，大概导致车辆正在其到达极限状况之前即已翻越护栏坠桥。变成这一局面的起因正在于此类护栏正在安排时除了需求到达汽车碰撞荷载哀求还需求起到远隔行人的主意。于是处置这一题目，该安排护栏正在已有的汽车防撞安排基本上，仅需正在顶部安设一雕栏便可能到达远隔行人的主意，同时也阐发了原料的最大职能。

　　从现在桥梁防撞护栏一般存正在的车辆破栏坠桥事项危机开赴，深化理解现在桥梁防撞护栏咨议近况，联结各种护栏的使用上风，提出了一种新型安装式桥梁人车远隔防撞护栏，采用观念判辨、严密化有限元比拟判辨等本领，对其防撞职能举办了深化阐释，取得以下结论：

　　(1) 提出了一种针对桥梁既有人行道高度亏空阻截失控汽车爬越破栏坠桥题目的第三类桥梁雕栏，即新型安装式桥梁人车远隔防撞护栏。该类护栏正在完成安装式施工的基本上，运用锚固座与道缘石贯串变成举座，从而填塞阐发道缘石的圬工自重对车辆进攻的禁止效率。

　　(2) 正在圭臬碰撞荷载效率下，两类护栏均知足榜样哀求且存正在必定的承载力储藏。个中，惯例护栏变形有清楚的倾倒趋向而新型远隔护栏厉重显示凹陷变形，仍能仍旧与秤谌面相对笔直。另外，新型远隔护栏最大变形值仅为惯例护栏的52%。

　　(3) 惯例护栏正在圭臬荷载效率下已正在其柱座底面展现完结部塑性变形，解说其承载才力添加有限。相反地，新型远隔护栏正在圭臬荷载下锚固座峰值应力尚低于服从应力。另外，圭臬荷载下新型远隔护栏的锚固螺栓应力较惯例护栏明显低落，个中秤谌螺栓峰值应力低落约55%,竖直螺栓峰值应力低落约38%。另外，正在圭臬荷载效率下惯例护栏的秤谌螺栓左近已展现较大鸿沟的混凝土失效，而新型远隔护栏仅正在锚固螺栓左近展现了较为有限的混凝土失效。

　　(4) 新型远隔护栏的极限承载才力为934 kN,到达惯例护栏的极限承载力(592 kN)的1.5倍。同时，极限承载才力判辨解说，惯例护栏开始正在其柱座底部展现较大的服从区域，导致碰撞荷载无法进一步通报至人行道道缘石，从而惹起护栏举座失效。相反地，新型远隔护栏中锚固螺栓已展现大鸿沟塑性服从，解说其最终失效是因为螺栓无法连续承载导致。另外，采用新型远隔护栏时，极限状况下混凝土桥面板开裂鸿沟清楚较惯例护栏添加，解说其填塞阐发了道缘石的原料职能，从而到达承担更大碰撞荷载的主意。

　　(5) 该文提出的护栏正在已有的构制基本上仅需正在上部增添行人远隔雕栏便可能起到远隔行人的主意，阐发了原料的最大效益。

　　[1] 王英，杜明峰，张大伟．基于服从线外面的组合式防撞护栏安排形式[J]．都会道桥与防洪，2020(3):98-99,16．

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　　[9] 周翔海，陈卫霞，邓宝，等．波形梁护栏立柱承载才力咨议[J]．中外公道，2021,41(2):356．

　　[11] 雷正保，刘博．公道安然防护技艺咨议动态与趋向[J]．公道工程，2020,45(1):26-31,49．

　　[12] 甘新众，甘有为，刘群艳，等．半挂车撞击公道护栏时的等效模子[J]．中外公道，2020,40(1):258-262．

　　[13] 崔洪军，崔姗，邢小高，等．护栏高度转移对防撞才力影响咨议[J]．重庆交通大学学报（自然科学版），2015,34(1):84-86,90．

　　[15] 交通运输部公道科学咨议院．公道交通安然措施安排细则：JTG/T D81-2017[S]．北京：群众交通出书社股份有限公司，2017.

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