城市既有跨鐵路橋梁防撞護欄改造設計研究

高 振

鎮江市市政設施管理處 江蘇 鎮江 212000

住建部2019年頒布《關于開展城市橋梁護欄升級改造專項工作的通知》，同時實施《城市橋梁設計規范》（CJJ 11-2011）2019版規定，公安部、住房和城鄉建設部、交通運輸部、農業農村部、應急管理部、中國國家鐵路集團有限公司2020年7月聯合印發《鐵路安全生產專項整治三年行動計劃實施方案》的通知，為防范城市跨鐵路橋梁護欄安全風險，提升防撞水平，保障鐵路運輸安全，解決安全隱患。本文以鎮江市解放路、天橋路跨鐵路立交橋為例，對橋梁防撞護欄改造設計需綜合考慮的關鍵問題做一些研究[1]。

1 工程概況

1.1 區域位置

解放路上跨鐵路立交橋，在京滬鐵路K1217+380處跨越南門貨場、京滬鐵路，道路設計等級為城市主干路，行車速度40km/h。橋梁跨徑布置為：9*25m簡支空心板梁+（45m+45m+45m）預應力混凝土連續箱梁（上跨鐵路南門貨場）+50m簡支T梁（上跨京滬鐵路），空心板梁梁高1.25m，連續箱梁梁高2.1m，T梁梁高2m，2004年建成。

圖1 解放路橋區位圖

天橋路上跨鐵路立交橋，在京滬鐵路K1217+490處跨越京滬鐵路、鎮江站咽喉區、滬寧城際鐵路。橋梁跨徑布置為：2*17.5*10.3m鋼筋混凝土框架橋（穿行滬寧城際鐵路）+（24m+24m）預應力混凝土空心板梁（上跨京滬鐵路、鎮江站咽喉區），空心板梁梁高1.1m，橋梁總寬31m，2007年建成[2]。

圖2 天橋路橋區位圖

1.2 橋梁防撞護欄現狀

解放路橋、天橋路橋均未設置防撞護欄，僅在人行道外側設置金屬欄桿，高度1.1m，無車輛防撞功能。

圖3 解放路橋現狀橋面圖

圖4 解放路橋現狀橫斷面示意圖

圖5 天橋路橋現狀橋面圖

圖6 天橋路橋現狀橫斷面示意圖

1.3 技術指標

(1) 不改變原橋梁結構形式，基本不增加橋梁荷載，維持橋梁原設計荷載。

(2) 跨越高速鐵路的立交橋，防撞護欄按《公路交通安全設施設計規范》(JTG D81-2017) 6.3.2條執行，防護等級宜采用八（HA）級，同時根據中國鐵路上海局集團有限公司相關文件要求：其中改建橋梁可按不低于六（SS）級防撞等級設計。

2 防撞護欄總體設計

2.1 護欄型式

常見防撞護欄型式有：混凝土墻式護欄、鋼護欄、波形護欄、組合式護欄、纜索護欄等。根據碰撞后的變形程度，分為剛性護欄、半剛性護欄、柔性護欄。

解放路橋、天橋路橋均跨越高速鐵路運營線路，為保障鐵路運營安全，宜選用剛性、半剛性防撞護欄。

表1 解放路橋、天橋路橋護欄型式比較表

結合本項目實際情況和上述護欄型式比較表，推薦解放路橋、天橋路橋采用半剛性護欄—組合鋼護欄。

2.2 護欄位置

防撞護欄常設置在機動車道外側，如側分帶、中分帶位置處，特殊情況下也可設置在人行道內、外側。

解放路橋、天橋路橋均為一塊板斷面、沒有側分帶、中分帶，僅天橋路橋存在機非隔離護欄，防撞護欄改造方案見下圖、表：

圖7 防撞護欄位置設置示意圖

表2 解放路橋、天橋路橋護欄位置比較表

結合本項目實際情況和護欄位置比較表，推薦解放路橋、天橋路橋護欄，利用現狀路牙設置在人行道內側。

圖8 解放路橋、天橋路橋防撞護欄改造示意圖

3 組合鋼護欄結構設計

護欄設計應遵循“符合規范、重視創新”的原則，達到安全、經濟和美觀和諧統一。本項目兩座橋梁的路牙高度均為40cm，根據《城市橋梁設計規范》（CJJ 11-2011）2019版 6.0.7條規定，路緣石高度不小于40cm時宜進行行人防跌落設計。同時防撞護欄的設計應按《公路交通安全設施設計規范》(JTG D81-2017) 的相關規定執行[3]。

本次組合鋼護欄設計總高度為1.3m，其中利用現狀路牙（混凝土基礎）高0.4m，鋼護欄高0.9m。

3.1 防撞護欄的碰撞荷載

根據《公路交通安全設施設計規范》(JTG D81-2017)3.5.5條，上述防撞鋼護欄的碰撞荷載參考下表：

表3 橋梁護欄的汽車橫向碰撞荷載標準值表

其中D表示護欄的橫向變形，鋼護欄取0.3m-0.6 m，防撞等級是SS級時，則碰撞力按上表取值375 kN 。

3.2 護欄結構設計

防撞護欄立柱標準段間距1.5m，立柱采用Q345D H型型鋼（260×150×900mm)，標準段橫梁采用Q345D方型空心鋼（150×120×5×1500），橫梁間距29cm。

立柱與橫梁通過M10螺栓連接。天橋路橋防撞鋼護欄立柱與現狀人行道通過連接板（Q345D 370×270×20）、M24化學螺栓（熱鍍鋅）連接，解放路橋防撞鋼護欄立柱與新建鋼筋砼基礎通過連接板（Q345D 430×270×20）、M24U形地腳螺栓（熱鍍鋅）連接。

橋梁防撞護欄的撞擊設計荷載作用在橫梁的跨中和立柱時，簡化計算，橫梁的彎矩等于PL/6，P為碰撞力，L為橫梁的跨徑。參考《鋼結構設計標準》（GB50017-2017）相關規定驗算橫梁、立柱等構件。

3.2.1 橫梁計算

防撞鋼護欄橫梁的跨中設計彎矩為：

式（1）中：P為橫梁的撞擊力，作用于橫梁跨中，L為橫梁跨徑，L=1.45m，n為橫梁的數目，n=3。

根據《鋼結構設計標準》（GB50017-2017）6.1.1條，橫梁抗彎強度應按式（2）驗算：

3.2.2 立柱計算

本橋鋼護欄立柱間距取1.5 m，凈距1.45 m。板狀立柱的厚度為1.2cm，受力示意圖見下圖。

圖9 護欄立柱受力分布圖

車輛撞擊護欄后，鋼管將撞擊力傳給立柱，立柱在最不利斷面（截面尺寸最小、受力最大）可能發生斷裂，立柱構件在撞擊力作用下抗彎強度、抗剪強度根據下式驗算：

立柱驗算結果詳見下表。

根據《鋼結構設計標準》（GB50017-2017）《鋼結構設計規范》表4.4.1，厚度12mm的Q345鋼對應的抗彎強度值f為305 N/mm2，抗剪強度設計值vf為175N/mm2，由上表可知護欄立柱截面抗彎、抗剪強度滿足要求[4]。

表4 護欄立柱截面強度驗算結果表（N/mm2）

4 結束語

目前，滬寧線上許多城市正在進行涉鐵橋梁安全防護設施提升改造，組合鋼護欄的防撞計算研究也在不斷的完善。涉鐵橋梁的防撞護欄要求較高，需從安全適用、環保耐久、經濟美觀等多方面綜合考慮，本文提出的解決措施，可為鎮江地區以后類似橋梁防撞護欄改造設計提供一點思路。