防撞护栏在高铁框构防护中的应用
2013-02-18 来源：来源：中国论文网 作者：闫志红 李鹏
随着石武高速铁路客运专线（下称石武高铁）在我市东部的建设，我市也重新进行规划调整，将石武高铁两侧区域作为发展重点。因此穿越石武高铁，将两重点发展区域的链接也就成了重中之重。综合考虑石武高铁的设计高程和其两侧现地高程，以及文明大道两侧用地规划情况，确定文明大道（经六路～经二路）采用下穿式立交的方式穿越石武高铁。为防止文明大道上行驶车辆撞击立交框构对其造成破坏，需对其增加防护措施。因此在文明大道通过石武高铁处增加防撞护栏对其进行安全防护。
1、防撞护栏的防护级别、形式、受力模式的选取
1.1防护级别的确定
文明大道设计时速：50km/h。
文明大道道路等级：城市Ⅰ级主干路
根据文献[1]的规定，设计时速为50km/h的城市Ⅰ级主干路，可能发生一般事故或重大事故级别为A、Am级;可能发生特大事故或二次重大事故级别为A、Am级;可能发生二次特大事故级别为SB、SBm级。考虑到汽车撞击立交框构侧壁后对石武高铁带来的严重后果，本次设计取最不利等级SS级。
1.2护栏形式的确定
缆索护栏最高防护级别为A级，组合式护栏最高防护级别为SAm级，因此这两种护栏不予考虑。
波形护栏、金属立柱式护栏均可达到SS级防护要求，而且形式美观。但其建设成本较高，而且在日后运营中护栏的防锈漆易脱落，进而增加护栏全寿命周期成本，若养护不及时造成护栏锈蚀，还会影响美观。因此建设成本较低，运营养护费用偏少，造型美观的加强型钢筋混凝土防撞护栏（图1）就成了首选。
1.3护栏受力模式的确定
钢筋混凝土护栏为刚性护栏，其允许变形量Z=0。
受力范围和作用位置：SS级混凝土护栏所受碰撞荷载分布长度为5m，其荷载标准值为q=104kN/m。
碰撞荷载：桥梁护栏碰撞荷载为P=104kN/m ×5m =520kN。
根据规范规定，碰撞力作用点位置位于顶部下5cm处。
防撞护栏墙材料的初步拟定：采用C30混凝土。受力主筋直径取HRB335Ф18，构造钢筋取R235φ10。主钢筋筋间距：每延米布置6根，间距20cm。构造钢筋间距根据构造要求≤12cm。
保护层厚度：根据规范规定，迎撞面钢筋混凝土中钢筋的保护层≥4.0cm，取迎撞面主钢筋中心至混凝土边缘的距离a=5.0cm。综合考虑防撞护栏墙后填土及安全要求，非迎撞面钢筋中心至混凝土边缘的距离a=5.0cm。
2、抗拔验算及截面验算
计算参数：混凝土强度轴心抗压设计值fcd=13.8MPa;受力主筋抗拉设计值fsd=280MPa;受力主筋截面面积As=254.5mm²;结构重要性系数r0=1.1;正截面相对受压区高度系数ξb=0.56;截面高度h=0.448m;截面宽度b=5m;钢筋根数n=25根;截面有效高度h0=h-a=0.398m;底截面处力矩：L=110-5=105cm。
2.1抗拔验算：
PL=Nh0，P=520kN，L=1.05m，h0=0.398m，则N= 1371.86kN。钢筋根数n=25，则每根钢筋受力N’=N/n=54.87kN。
钢筋提供抗力Nk=fsdAs=71.26kN>54.87kN，故满足要求。
2.2截面验算：
由于混凝土护栏为变化截面，考虑计算按单筋截面对各截面进行受力验算，并确定拟定钢筋配置是否满足要求。
取钢筋混凝土护栏底截面进行验算。
底截面处计算弯矩：M= r0PL=600.6kN·m。
混凝土受压区高度x=（fsdAs）/（fcdb）=0.0258m≤ξb h0（=0.223m）。故满足要求。
配筋率μ=As/（h0b）=0.32%>μmin（=0.223%）。故满足要求。
Mu=fcdbx（h0-0.5x）=686.04kN·m>M=（=600.6kN·m）。故满足要求。
同理，沿高度方向每5cm取以截面进行验算，均可满足要求。
根据以上计算表明钢筋混凝土防撞护栏的钢筋配置满足要求。
3、结束语
钢筋混凝土防撞护栏建成后，可有效的避免车辆直接撞击立交框构对其造成破坏。而且在防撞护栏背后填筑的缓冲材料（如：砂）也可降低汽车碰撞对立交框构的冲击力。同时配合文明大道上设置在立交框构两侧的限高架以及标志标线，可确保立交框构的安全运营。
