城市既有跨铁路桥梁防撞护栏改造设计研究

高 振

镇江市市政设施管理处 江苏 镇江 212000

住建部2019年颁布《关于开展城市桥梁护栏升级改造专项工作的通知》，同时实施《城市桥梁设计规范》（CJJ 11-2011）2019版规定，公安部、住房和城乡建设部、交通运输部、农业农村部、应急管理部、中国国家铁路集团有限公司2020年7月联合印发《铁路安全生产专项整治三年行动计划实施方案》的通知，为防范城市跨铁路桥梁护栏安全风险，提升防撞水平，保障铁路运输安全，解决安全隐患。本文以镇江市解放路、天桥路跨铁路立交桥为例，对桥梁防撞护栏改造设计需综合考虑的关键问题做一些研究[1]。

1 工程概况

1.1 区域位置

解放路上跨铁路立交桥，在京沪铁路K1217+380处跨越南门货场、京沪铁路，道路设计等级为城市主干路，行车速度40km/h。桥梁跨径布置为：9*25m简支空心板梁+（45m+45m+45m）预应力混凝土连续箱梁（上跨铁路南门货场）+50m简支T梁（上跨京沪铁路），空心板梁梁高1.25m，连续箱梁梁高2.1m，T梁梁高2m，2004年建成。

图1 解放路桥区位图

天桥路上跨铁路立交桥，在京沪铁路K1217+490处跨越京沪铁路、镇江站咽喉区、沪宁城际铁路。桥梁跨径布置为：2*17.5*10.3m钢筋混凝土框架桥（穿行沪宁城际铁路）+（24m+24m）预应力混凝土空心板梁（上跨京沪铁路、镇江站咽喉区），空心板梁梁高1.1m，桥梁总宽31m，2007年建成[2]。

图2 天桥路桥区位图

1.2 桥梁防撞护栏现状

解放路桥、天桥路桥均未设置防撞护栏，仅在人行道外侧设置金属栏杆，高度1.1m，无车辆防撞功能。

图3 解放路桥现状桥面图

图4 解放路桥现状横断面示意图

图5 天桥路桥现状桥面图

图6 天桥路桥现状横断面示意图

1.3 技术指标

(1) 不改变原桥梁结构形式，基本不增加桥梁荷载，维持桥梁原设计荷载。

(2) 跨越高速铁路的立交桥，防撞护栏按《公路交通安全设施设计规范》(JTG D81-2017) 6.3.2条执行，防护等级宜采用八（HA）级，同时根据中国铁路上海局集团有限公司相关文件要求：其中改建桥梁可按不低于六（SS）级防撞等级设计。

2 防撞护栏总体设计

2.1 护栏型式

常见防撞护栏型式有：混凝土墙式护栏、钢护栏、波形护栏、组合式护栏、缆索护栏等。根据碰撞后的变形程度，分为刚性护栏、半刚性护栏、柔性护栏。

解放路桥、天桥路桥均跨越高速铁路运营线路，为保障铁路运营安全，宜选用刚性、半刚性防撞护栏。

表1 解放路桥、天桥路桥护栏型式比较表

结合本项目实际情况和上述护栏型式比较表，推荐解放路桥、天桥路桥采用半刚性护栏—组合钢护栏。

2.2 护栏位置

防撞护栏常设置在机动车道外侧，如侧分带、中分带位置处，特殊情况下也可设置在人行道内、外侧。

解放路桥、天桥路桥均为一块板断面、没有侧分带、中分带，仅天桥路桥存在机非隔离护栏，防撞护栏改造方案见下图、表：

图7 防撞护栏位置设置示意图

表2 解放路桥、天桥路桥护栏位置比较表

结合本项目实际情况和护栏位置比较表，推荐解放路桥、天桥路桥护栏，利用现状路牙设置在人行道内侧。

图8 解放路桥、天桥路桥防撞护栏改造示意图

3 组合钢护栏结构设计

护栏设计应遵循“符合规范、重视创新”的原则，达到安全、经济和美观和谐统一。本项目两座桥梁的路牙高度均为40cm，根据《城市桥梁设计规范》（CJJ 11-2011）2019版 6.0.7条规定，路缘石高度不小于40cm时宜进行行人防跌落设计。同时防撞护栏的设计应按《公路交通安全设施设计规范》(JTG D81-2017) 的相关规定执行[3]。

本次组合钢护栏设计总高度为1.3m，其中利用现状路牙（混凝土基础）高0.4m，钢护栏高0.9m。

3.1 防撞护栏的碰撞荷载

根据《公路交通安全设施设计规范》(JTG D81-2017)3.5.5条，上述防撞钢护栏的碰撞荷载参考下表：

表3 桥梁护栏的汽车横向碰撞荷载标准值表

其中D表示护栏的横向变形，钢护栏取0.3m-0.6 m，防撞等级是SS级时，则碰撞力按上表取值375 kN 。

3.2 护栏结构设计

防撞护栏立柱标准段间距1.5m，立柱采用Q345D H型型钢（260×150×900mm)，标准段横梁采用Q345D方型空心钢（150×120×5×1500），横梁间距29cm。

立柱与横梁通过M10螺栓连接。天桥路桥防撞钢护栏立柱与现状人行道通过连接板（Q345D 370×270×20）、M24化学螺栓（热镀锌）连接，解放路桥防撞钢护栏立柱与新建钢筋砼基础通过连接板（Q345D 430×270×20）、M24U形地脚螺栓（热镀锌）连接。

桥梁防撞护栏的撞击设计荷载作用在横梁的跨中和立柱时，简化计算，横梁的弯矩等于PL/6，P为碰撞力，L为横梁的跨径。参考《钢结构设计标准》（GB50017-2017）相关规定验算横梁、立柱等构件。

3.2.1 横梁计算

防撞钢护栏横梁的跨中设计弯矩为：

式（1）中：P为横梁的撞击力，作用于横梁跨中，L为横梁跨径，L=1.45m，n为横梁的数目，n=3。

根据《钢结构设计标准》（GB50017-2017）6.1.1条，横梁抗弯强度应按式（2）验算：

3.2.2 立柱计算

本桥钢护栏立柱间距取1.5 m，净距1.45 m。板状立柱的厚度为1.2cm，受力示意图见下图。

图9 护栏立柱受力分布图

车辆撞击护栏后，钢管将撞击力传给立柱，立柱在最不利断面（截面尺寸最小、受力最大）可能发生断裂，立柱构件在撞击力作用下抗弯强度、抗剪强度根据下式验算：

立柱验算结果详见下表。

根据《钢结构设计标准》（GB50017-2017）《钢结构设计规范》表4.4.1，厚度12mm的Q345钢对应的抗弯强度值f为305 N/mm2，抗剪强度设计值vf为175N/mm2，由上表可知护栏立柱截面抗弯、抗剪强度满足要求[4]。

表4 护栏立柱截面强度验算结果表（N/mm2）

4 结束语

目前，沪宁线上许多城市正在进行涉铁桥梁安全防护设施提升改造，组合钢护栏的防撞计算研究也在不断的完善。涉铁桥梁的防撞护栏要求较高，需从安全适用、环保耐久、经济美观等多方面综合考虑，本文提出的解决措施，可为镇江地区以后类似桥梁防撞护栏改造设计提供一点思路。