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波形梁护栏基础加固措施
发布时间:2017-11-14
摘要
     文章对波形梁护栏立柱受力变形情况进行分析计算得知:针对现行的波形梁护栏立柱,在汽车与护栏发生碰撞时,弯折点必须位于路面顶面下0.2m以上,在这个前提下,不管采用什么样的基础加固形式,均可保障护栏系统的安全性。基于此,针对工程中能够保障立柱受力稳定且较常见的三种立柱基础加固措施进行了分析研究,以期为施工方案选取提供一定的参考。

前言
     波形梁护栏是我国公路建设中常用的一种护栏形式,它的作用原理是:汽车与波形梁护栏发生碰撞时,该系统利用立柱基础、立柱及波形梁的局部或共同变形来吸收碰撞能量,并利用其弹性使失控的车辆改变行驶方向并恢复到正确的行驶状态。因此,护栏立柱必须安装在坚实的基础中,才能在受到汽车碰撞时使立柱发生弯曲变形,同时基础发生一定的压缩变形,从而完成护栏系统的吸能过程。但是在现行的相关规范中,仅对护栏波形梁、立柱、拼接镙栓等的几何尺寸、材料、镀层工艺等提出了要求,而对立柱基础形式及规格没有作明确的规定。主要是对基础填土的压实度没有明确规定,导致大量在使用中的波形梁护栏由于基础填土压实度不足,而使护栏结构的安全性能达不到要求。本文对波形梁护栏基础加固措施进行研究,可为波形梁护栏的设计和施工提供一定的参考。

1、波形梁护栏立柱的受力变形情况分析
     在波形梁护栏受到汽车撞击时,立柱承受的作用力可以简化为两个力:一是波形梁通过托架传递的汽车的碰撞力,二是立柱基础作用在立柱下部的被动土压力。前者可以视为一集中力,作用点位于波形梁中心部位托架与立柱的连接处。受力简化示意如图1:

根据相关文献[1],实车足尺波形梁护栏碰撞实验结果表明:当汽车与波形梁护栏发生碰撞时,立柱发生弯曲变形的部位主要位于路面顶面以下0.15至0.25m处。当立柱的弯曲变形过大时,就可能会出现立柱截面的弱化和失稳,这样的破坏形式类似于立柱的三点弯曲实验,因此,这种弯曲变形也可以简化为理想的刚塑性失稳过程(图2)。

如上述,在简化的理想刚塑性失稳过程

中,立柱最大弯矩Mmax介于最大弹性弯矩Me和屈服弯矩Mp之间。其中,Mmax对加载条件不太敏感,可视为常数。 

通过计算,对于现行规范规定的Φ114×4的立柱,Mmax约为10kN.m。所以,该尺寸立柱能承受的最大作用力Fmax为: 

在理想弯曲模型中,卸载临界转角θcr在20~30度范围内的弯曲过程,可以较好地模拟立柱在护栏受到汽车撞击时的作用情况。

因此,在现行的波形梁护栏系统中,如果要用一种新的结构来替换护栏立柱,则只需它在波形梁位移小于20/180×π×0.8=0.28m范围内对波形梁提供1.25t的作用力即可。换言之,针对现行的护栏立柱,在汽车与护栏发生碰撞时,弯折点必须位于路面顶面下0.2m以上,在这个前提下,不管采用什么样的基础加固形式,均可保障护栏系统的安全性。但是,当护栏基础填土的压实度较小时,波形梁护栏遇到碰撞,立柱的变形弯折点将会下移,甚至整个立柱将会产生刚体转动,从而会使护栏系统的整体刚度降低,整体安全性能必然下降。因此,当路侧、中央分隔带内路基土压实度低于《公路路基设计规范》(JTG D30)对路基路床压实度的要求时,需要采取措施对立柱基础进行加强。
2、常见加固措施

     在实际工程中,常见的基础加固措施有以下几种:

(1) 现浇混凝土基座 

     对于路肩或中央分隔带宽度较宽路段,可以为立柱现浇混凝土基座,结构图如图3-1所示。基座施工完成后,应在预留孔内填土并压实,然后将立柱打入至预定深度,并在周围孔隙灌入水泥砂浆加固。

(2) 焊接加强钢板 

在立柱外侧焊接钢板也是常用的立柱基

础加固方式。钢板上缘距地面5cm,钢板沿道路方向轴线与行车方向夹角为5°~10°,结构设计图如图3-2、3-3所示。

(3) 埋设预制混凝土块 

对于目前波形梁护栏立柱的设置要求,当路肩或中央分隔带填土压实度不足时,可在立柱后面埋设预制混凝土块来进行加固。经计算[2],预制混凝土块外径为50cm、厚度为25cm、圆心角α为3时,护栏在受到一般碰撞情况下能够保持稳定。

3、加固措施对比研究
     上述前两种加固方式在施工中均比较常见,具体方案的选取要根据项目实际情况,经技术经济论证后合理确定。现对三种加固措施进行对比研究,具体优缺点见表4-1:

 

4、结论
     本文对波形梁护栏立柱受力变形情况进行分析计算得知:针对现行的波形梁护栏立柱,在汽车与护栏发生碰撞时,弯折点必须位于路面顶面下0.2m以上,在这个前提下,不管采用什么样的基础加固形式,均可保障护栏系统的安全性。基于此,针对工程中能够保障立柱受力稳定且较常见的三种立柱基础加固措施进行了分析研究,以期为施工方案选取提供一定的参考。


 

 

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