摘要:我國(guó)大跨徑橋梁防撞護(hù)欄形式的演變:水泥防撞墻、水泥鋼護(hù)欄、鋼結(jié)構(gòu)防撞護(hù)欄、繩索護(hù)欄等。近年來(lái)一些大跨徑橋梁(東海大橋、杭州灣跨海大橋、上海長(zhǎng)江大橋、閔浦大橋、盧浦大橋等)防撞護(hù)欄均以鋼結(jié)構(gòu)護(hù)欄為主,沿著防撞護(hù)欄的發(fā)展足跡,深入探索新型的、節(jié)能的、環(huán)保的、“綠色”防撞護(hù)欄,這也是各類(lèi)大跨徑橋梁不可或缺的關(guān)鍵點(diǎn),它的變革也為大跨徑橋梁的發(fā)展提供了重要保障。
關(guān)鍵詞:大跨徑 鋼結(jié)構(gòu) 防撞護(hù)欄
1.引言
護(hù)欄作為城市建設(shè)設(shè)施的安全屏障,越來(lái)越受到重視。體育場(chǎng)館護(hù)欄、高層大廈的護(hù)欄、高架公路的護(hù)欄、道路機(jī)非、人非隔離護(hù)欄以及各種橋梁護(hù)欄等,都逐步納入建設(shè)規(guī)范。其中橋梁的護(hù)欄,特別是大跨徑跨江跨河跨海大橋防撞護(hù)欄的功能,已經(jīng)成為設(shè)計(jì)人員關(guān)注的重點(diǎn)。
2.橋梁防撞護(hù)欄的沿革
2.1水泥防撞墻
早期的橋梁防撞護(hù)欄,都以水泥防撞墻為主,現(xiàn)場(chǎng)澆注,施工技術(shù)含量低,對(duì)施工人員的技能要求較低,相對(duì)成本費(fèi)用低等,但是隨著道橋建設(shè)的不斷發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn)水泥防撞墻相較于其他防撞護(hù)欄有一定的局限性。
1)重量重。立化水泥防撞墻按普通中空結(jié)構(gòu),其重量一般每米約為900kg,其重量長(zhǎng)期對(duì)橋身的重壓,使橋梁、橋身疲勞不堪,嚴(yán)重影響橋梁的使用壽命。
2)通透性不佳。兩個(gè)水泥防撞墻之間密不透風(fēng),招風(fēng)面積大,遇大風(fēng)或臺(tái)風(fēng),易發(fā)生位移,同時(shí)水泥防撞墻表面顆粒物會(huì)受侵蝕,造成環(huán)境揚(yáng)塵污染。更有洪水泛濫時(shí),水泥防撞墻對(duì)有些橋梁造成致命性缺陷,經(jīng)不起洪水沖擊,造成垮陷。
3)維修復(fù)雜。水泥防撞墻如有損壞,除了需要大功率起重設(shè)備外,維修時(shí)間長(zhǎng),作業(yè)面積大,影響運(yùn)行率高。
2.2水泥鋼護(hù)欄
為了改進(jìn)水泥防撞墻的缺陷,人們通過(guò)縮短水泥防撞墻的高度,五分之四用水泥,五分之一用鋼管扶手,雖然對(duì)全水泥防撞墻的性能作了改進(jìn),增加了橋梁的美觀度,但未從根本上消除水泥防撞墻重量重、通透性不佳、維修復(fù)雜的缺陷。
2.3鋼結(jié)構(gòu)防撞護(hù)欄
鋼結(jié)構(gòu)橋梁防撞護(hù)欄是近年來(lái)隨著城市發(fā)展而逐漸興起的發(fā)展方向,在大跨徑橋梁上它有諸多優(yōu)勢(shì)。
1)重量輕。從東海大橋?yàn)槔,其每公里?3噸,杭州灣大橋每公里為125噸,閔浦大橋每公里為80噸,平均每公里約為100噸,僅為水泥護(hù)欄的1/9。
2)線型美觀。鋼結(jié)構(gòu)護(hù)欄一般為螺栓連接,調(diào)整余地大,可以消除因?yàn)橥两ㄔ斐傻穆洳钊毕荩型漂亮。
3)色彩豐富。鋼結(jié)構(gòu)外涂裝可以根據(jù)人文環(huán)境、地域習(xí)慣,選擇色彩按照設(shè)計(jì)和業(yè)主要求隨意配置。
4)通透性好。水泥護(hù)欄每公里的受風(fēng)壓力比較大,而鋼護(hù)欄則為其的1/3。
5)維修方便。一旦護(hù)欄撞出損傷,鋼護(hù)欄維修時(shí)間短,影響通行率很低,維修時(shí)間一般為當(dāng)天完工。
6)環(huán)保。一旦發(fā)生護(hù)欄損傷,換下來(lái)鋼護(hù)欄可改制或修復(fù)利用,百年之后更可回爐,體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)。
7)二次反彈小。當(dāng)高速疾駛的車(chē)輛失控撞墻后,鋼護(hù)欄由于設(shè)計(jì)緩沖連接支架和鋼管本身的變形,具有很大的吸收功,造成二次事故的故障率要小很多。
8)阻隔性好。在橫阻效果上,鋼護(hù)欄阻隔能力優(yōu)勢(shì)已顯現(xiàn)。2007年夏天東海大橋的一次事故中,防撞護(hù)欄和立柱先變形后延伸直至底腳螺釘拉出地面,事故車(chē)輛還是被攔在路面,起到了良好的保護(hù)作用。2009年上半年,長(zhǎng)江隧橋基本完工,尚未通車(chē),一輛施工用百噸級(jí)大吊車(chē),總重量80噸,下坡時(shí)由于剎車(chē)油管爆裂,沖上護(hù)欄,該車(chē)最終被護(hù)欄安全地?fù)踉跇蛏,使大橋護(hù)欄經(jīng)受了實(shí)戰(zhàn)的考驗(yàn)。
9)鋼結(jié)構(gòu)護(hù)欄制件其精度要求高,工廠化生產(chǎn)保證現(xiàn)場(chǎng)一次安裝成功。調(diào)整線形復(fù)雜,其生產(chǎn)廠家需有生產(chǎn)能力及管理經(jīng)驗(yàn)才能進(jìn)行生產(chǎn)制作。橋梁變形后會(huì)造成線型變化,熱脹冷縮系數(shù)與橋梁不同步等。
2.4繩索護(hù)欄
隨著鋼護(hù)欄的廣泛應(yīng)用,隨著國(guó)家對(duì)鋼護(hù)欄標(biāo)準(zhǔn)修訂的基礎(chǔ),設(shè)計(jì)人員在鋼護(hù)欄的基礎(chǔ)上,正在探索繩索護(hù)欄的應(yīng)用,繩索護(hù)欄的優(yōu)點(diǎn)是制作簡(jiǎn)單,零件精度要求低,施工方便,維修時(shí)間更短,成本降低,撞出傷害小,二次事故率更低,與橋面熱脹冷縮系數(shù)一致等。預(yù)計(jì)繩索護(hù)欄的成本將降低30%。
3.鋼結(jié)構(gòu)護(hù)欄的標(biāo)準(zhǔn)
關(guān)于護(hù)欄的標(biāo)準(zhǔn)有很多,目前常用的標(biāo)準(zhǔn)為《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則》JTG/T D81-2006。常用路側(cè)橋梁護(hù)欄按防撞等級(jí)可分為B、A、SB、SA、SS五級(jí)。常用中央分隔帶橋梁護(hù)欄按防撞等級(jí)可分為Am、SBm、Sam三級(jí)。值得注意的是防撞護(hù)欄立柱的間距,防撞等級(jí)為SB、SA、SS的其立柱間距均小于1.5m,要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的大跨徑橋梁的要求。
4.鋼結(jié)構(gòu)護(hù)欄的結(jié)構(gòu)形式
目前國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)護(hù)欄形式大致分為立柱+橫梁,其中立柱有以下大類(lèi):
1)板狀結(jié)構(gòu):以杭州灣大橋?yàn)槔,其邊緣立柱為板狀焊接件,其?yōu)點(diǎn)為立體感強(qiáng),造型美觀,鋼性好;缺點(diǎn)為焊接點(diǎn)多,工藝復(fù)雜,自潔性差。
2)框架型結(jié)構(gòu):同樣以杭州灣大橋?yàn)槔,其中間護(hù)欄采用板狀+框架型鋼管結(jié)構(gòu),以中間共同立柱形式,結(jié)構(gòu)穩(wěn)重,抗擊性能好。
3)箱型結(jié)構(gòu):以東海大橋和長(zhǎng)江大橋?yàn)槔湫妥o(hù)欄立柱優(yōu)點(diǎn)為制作簡(jiǎn)單,線條簡(jiǎn)潔,自潔性好,最大優(yōu)點(diǎn)是吸收功率作用大,以柔克剛。
根據(jù)目前大橋的防撞功能,上述三種形式都經(jīng)過(guò)實(shí)踐和考驗(yàn),防撞功能全部都滿足大跨徑橋梁工程的設(shè)計(jì)要求,但是從經(jīng)濟(jì)效益上以及從其載荷對(duì)橋梁影響來(lái)分析,由于箱型立柱配圓管是板型立柱的重量的3/5,另外從護(hù)欄自潔性好與差、吸收功強(qiáng)與弱……等綜合性能考慮,東海大橋和長(zhǎng)江隧橋的箱型立柱+圓管組合優(yōu)勢(shì)明顯得多。
國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)護(hù)欄的另一個(gè)主要部分是橫梁。目前國(guó)內(nèi)大跨徑橋梁,橫梁均采用鋼管,厚度一般在6-8毫米,形狀一般采用圓管和方管。根據(jù)大量實(shí)踐分析表明:
圓管的優(yōu)點(diǎn):自潔性好,漆膜受水時(shí)間短。二次變型量大吸收功強(qiáng)諸多優(yōu)點(diǎn),通透性好!
方管的優(yōu)點(diǎn):外觀漂亮,有傳統(tǒng)的江南木橋風(fēng)格。
5.鋼結(jié)構(gòu)護(hù)欄的表面涂裝
大跨徑橋梁的表面涂裝面漆主要采用的方式有兩種:
1)聚胺脂面漆
優(yōu)點(diǎn):成本低,價(jià)格便宜,維修時(shí)不必敲鏟處理?煞磸(fù)涂覆。
缺點(diǎn):粉化快,理論時(shí)間八年左右。
2) 氟碳面漆
優(yōu)點(diǎn):光澤亮麗?估匣芰(qiáng),理論時(shí)間二十年以上。
缺點(diǎn):造價(jià)高,表面脆,安裝時(shí)保護(hù)措施要求高。
6.鋼結(jié)構(gòu)護(hù)欄的材質(zhì)
2005年從東海大橋起國(guó)內(nèi)大跨徑橋梁一般采用Q345C或?qū)氫揗DB350以上的低合金材料。實(shí)踐證明,這些鋼材對(duì)于防撞、抗低溫及耐腐蝕的性能都能得到較大的滿足,其中寶鋼的MDB350材料采用低碳、控溫控軋,具有低成本高性能的實(shí)用價(jià)值。
牌號(hào) |
屈服強(qiáng)度
(MPa) |
抗拉強(qiáng)度
(MPa) |
斷后伸長(zhǎng)率
A% |
-20℃沖擊功
(J) |
耐腐蝕性 |
Q345C |
≥345 |
470—630 |
≥20 |
≥34 |
強(qiáng)
弱 |
MDB350 |
≥350 |
≥470 |
≥23 |
≥40 |
Q235 |
≥235 |
375—500 |
≥26 |
≥27 |
7.鋼結(jié)構(gòu)護(hù)欄的連接方式
7.1螺栓直接連接:國(guó)內(nèi)大部分方管采用橫梁直接用螺栓連接立柱,優(yōu)點(diǎn)是加工方便,缺點(diǎn)是硬連接,撞擊損傷大。
7.2支架連接:用支架連接在橫梁上連接立柱,雖然多了一道工序,但其緩沖功能大大提高,如長(zhǎng)江大橋和東海大橋,是值得推廣的好方式。
8.結(jié)語(yǔ)
我國(guó)大跨徑橋梁不斷推陳出新,護(hù)欄的不同型式也各有千秋。在防撞功能確保的前提下,從可持續(xù)、環(huán)保、節(jié)能的角度來(lái)考慮應(yīng)用,改進(jìn)目前國(guó)內(nèi)已有特大橋梁的護(hù)欄方式,已成為設(shè)計(jì)人員刻不容緩的重要課題。
參考文獻(xiàn):
[1] 《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則》.