基于屈服線理論的混凝土護欄設計探討

孫鵬 劉旭光

摘要：18年頒布的《公路交通安全設施設計規范》（JTG D81—2017），全面提高了公路橋梁護欄的設防水準，規范中明確了基于屈服線理論的護欄設計過程和方法。本文通過對公路設計中常用的F型混凝土護欄計算分析，提出適宜的配筋方案，以供從業者參考。

關鍵詞：公路橋梁;混凝土護欄;屈服線理論

1概述

中國公路建設在高速發展的同時，很多交通安全問題隨之暴露出來。車輛撞擊破壞護欄后駛出橋外，導致車毀人亡的事故屢有發生。18年頒布的《公路交通安全設施設計規范》中，全面提高了公路橋梁護欄的設防水準，同時提出基于屈服線理論的橋梁護欄設計過程和方法。本文根據規范提供的計算方法，對公路設計中常用的鋼筋混凝土護欄進行計算分析，以提高橋梁護欄的防撞功能，保證行車安全。

2屈服線理論計算方法 [2]

屈服線理論是一種極限荷載分析方法。屈服線是指鋼筋混凝土板上的一條裂縫，沿該裂縫的鋼筋已經屈服，并產生了塑性旋轉。根據屈服線理論可獲得裂縫處構件的承載能力，該理論可用于很多類板構件。

比如一塊方板，在四邊簡單支撐。該板將承受平均分布的荷載，并且荷載逐漸增加直至破壞。板將分為A、B、C和D四個剛性平面區。屈服線構成了這些剛性區之間的邊界，而這些區域將圍繞這些線旋轉。這些區域也將繞支撐線的旋轉軸轉動，使得支撐荷載發生移動。在該結合點處，屈服線旋轉形成的鉸所分擔的功，等于移動區域上的荷載所消耗的功。根據這個理論，可以忽略彈性變形;所有的變形均假定集中在屈服線處。

對于鋼筋混凝土防撞護欄，采用屈服線分析和強度設計的理論。碰撞發生在防撞護欄標準段和端部的屈服線分析方法。在屈服線分析中，基于三種假設條件如下：（1）假定橋面板的破壞模式發生在護欄范圍內，并不延伸到橋面板。這也就是說，橋面板必須有足夠的承載能力，使屈服線破壞模式發生在護欄以內。如果破壞模式延伸到橋面板，則護欄的承載能力公式將失效。（2）護欄需要有足夠的長度才能發生圖示的破壞模式。對長度比較短的護欄，可能會形成一條護欄與橋面板接縫的屈服線。這種破壞模式是允許的，護欄的承載能力要使用適當的公式來計算。（3）護欄墻體的正、負抵抗彎矩相等，橫梁的正負抵抗力矩也相等。

3 實際案例分析

3.1案例概況

本項目為公路跨河大橋，防撞護欄等級為SB級。混凝土護欄構迎撞面外形采用 《公路交通安全設施規范》中提供的F型護欄。護欄采用C40混凝土，抗壓強度為fcd為18.4MPa;鋼筋采用HRB400級鋼筋，抗拉屈服強度為400MPa。護欄豎向受力主筋直徑為16mm，間距為200mm，護欄迎撞面沿高度方向共布置9根直徑為12mm的鋼筋，受拉保護層厚度為45mm。

3.2各斷面Mc的計算

根據《公路交通安全設施設計細則》（JTG/T D81-2017）表3.5.4的規定，SB級碰撞荷載標準值Ft=350KN，荷載分布長度Lt=2400mm。沿豎向將防撞護欄劃分為三個截面，截面的h值分別為h1=257mm;h2=325mm;h1=500mm。護欄計算考慮兩種破壞形式，第一種破壞模式屈服線延伸至護欄底部，第二種破壞模式屈服線延伸至護欄基座處。分別驗算兩種模式，取最不利效應。護欄關于橋梁縱軸的彎曲承載力矩Mc：

混凝土護欄的承載能力大于相關規范提供的碰撞荷載，因此認為護欄具有足夠的承載能力，同時具有一定的富裕度。

4.結論

根據《公路交通安全設施設計細則》（JTG/T D81—2017）中，提供的屈服線分析和強度設計的理論，全過程進行橋梁護欄設計。針對不同防撞等級的F型混凝土護欄，提供參考配筋。同時本文結合筆者設計經驗，對橋梁混凝土護欄設計提出建設性的建議，以供設計者參考。

參考文獻：

[1]中華人民共和國交通部.JTG D81—2017公路交通安全設施設計規范[S].北京：人民交通出版社，2017

[2]中華人民共和國交通部.JTG/T D81—2017公路交通安全設施設計細則[S].北京：人民交通出版社，2017