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大跨径桥梁护栏的沿革与研究
摘要:我国大跨径桥梁防撞护栏形式的演变：水泥防撞墙、水泥钢护栏、钢结构防撞护栏、绳索护栏等。近年来一些大跨径桥梁（东海大桥、杭州湾跨海大桥、上海长江大桥、闵浦大桥、卢浦大桥等）防撞护栏均以钢结构护栏为主，沿着防撞护栏的发展足迹，深入探索新型的、节能的、环保的、“绿色”防撞护栏，这也是各类大跨径桥梁不可或缺的关键点，它的变革也为大跨径桥梁的发展提供了重要保障。
关键词：大跨径 钢结构 防撞护栏
1.引言
护栏作为城市建设设施的安全屏障，越来越受到重视。体育场馆护栏、高层大厦的护栏、高架公路的护栏、道路机非、人非隔离护栏以及各种桥梁护栏等，都逐步纳入建设规范。其中桥梁的护栏，特别是大跨径跨江跨河跨海大桥防撞护栏的功能，已经成为设计人员关注的重点。
2.桥梁防撞护栏的沿革
2.1水泥防撞墙
早期的桥梁防撞护栏，都以水泥防撞墙为主，现场浇注，施工技术含量低，对施工人员的技能要求较低，相对成本费用低等，但是随着道桥建设的不断发展，人们发现水泥防撞墙相较于其他防撞护栏有一定的局限性。
1)重量重。立化水泥防撞墙按普通中空结构，其重量一般每米约为900kg，其重量长期对桥身的重压，使桥梁、桥身疲劳不堪，严重影响桥梁的使用寿命。
2)通透性不佳。两个水泥防撞墙之间密不透风，招风面积大，遇大风或台风，易发生位移，同时水泥防撞墙表面颗粒物会受侵蚀，造成环境扬尘污染。更有洪水泛滥时，水泥防撞墙对有些桥梁造成致命性缺陷，经不起洪水冲击，造成垮陷。
3)维修复杂。水泥防撞墙如有损坏，除了需要大功率起重设备外，维修时间长，作业面积大，影响运行率高。
2.2水泥钢护栏
为了改进水泥防撞墙的缺陷，人们通过缩短水泥防撞墙的高度，五分之四用水泥，五分之一用钢管扶手，虽然对全水泥防撞墙的性能作了改进，增加了桥梁的美观度，但未从根本上消除水泥防撞墙重量重、通透性不佳、维修复杂的缺陷。
2.3钢结构防撞护栏
钢结构桥梁防撞护栏是近年来随着城市发展而逐渐兴起的发展方向，在大跨径桥梁上它有诸多优势。
1)重量轻。从东海大桥为例，其每公里为83吨，杭州湾大桥每公里为125吨，闵浦大桥每公里为80吨，平均每公里约为100吨，仅为水泥护栏的1/9。
2)线型美观。钢结构护栏一般为螺栓连接，调整余地大，可以消除因为土建造成的落差缺陷，线型漂亮。
3)色彩丰富。钢结构外涂装可以根据人文环境、地域习惯，选择色彩按照设计和业主要求随意配置。
4)通透性好。水泥护栏每公里的受风压力比较大，而钢护栏则为其的1/3。
5)维修方便。一旦护栏撞出损伤，钢护栏维修时间短，影响通行率很低，维修时间一般为当天完工。
6)环保。一旦发生护栏损伤，换下来钢护栏可改制或修复利用，百年之后更可回炉，体现可持续发展的优势。
7)二次反弹小。当高速疾驶的车辆失控撞墙后，钢护栏由于设计缓冲连接支架和钢管本身的变形，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。在横阻效果上，钢护栏阻隔能力优势已显现。2007年夏天东海大桥的一次事故中，防撞护栏和立柱先变形后延伸直至底脚螺钉拉出地面，事故车辆还是被拦在路面，起到了良好的保护作用。2009年上半年，长江隧桥基本完工，尚未通车，一辆施工用百吨级大吊车，总重量80吨，下坡时由于刹车油管爆裂，冲上护栏，该车最终被护栏安全地挡在桥上，使大桥护栏经受了实战的考验。
9)钢结构护栏制件其精度要求高，工厂化生产保证现场一次安装成功。调整线形复杂，其生产厂家需有生产能力及管理经验才能进行生产制作。桥梁变形后会造成线型变化，热胀冷缩系数与桥梁不同步等。
2.4绳索护栏
随着钢护栏的广泛应用，随着国家对钢护栏标准修订的基础，设计人员在钢护栏的基础上，正在探索绳索护栏的应用，绳索护栏的优点是制作简单，零件精度要求低，施工方便，维修时间更短，成本降低，撞出伤害小，二次事故率更低，与桥面热胀冷缩系数一致等。预计绳索护栏的成本将降低30%。
3.钢结构护栏的标准
关于护栏的标准有很多，目前常用的标准为《公路交通安全设施设计细则》JTG/T D81-2006。常用路侧桥梁护栏按防撞等级可分为B、A、SB、SA、SS五级。常用中央分隔带桥梁护栏按防撞等级可分为Am、SBm、Sam三级。值得注意的是防撞护栏立柱的间距，防撞等级为SB、SA、SS的其立柱间距均小于1.5m，要求远远高于目前国内现有的大跨径桥梁的要求。
4.钢结构护栏的结构形式
目前国内钢结构护栏形式大致分为立柱+横梁，其中立柱有以下大类：
1)板状结构：以杭州湾大桥为例，其边缘立柱为板状焊接件，其优点为立体感强，造型美观，钢性好；缺点为焊接点多，工艺复杂，自洁性差。
2)框架型结构：同样以杭州湾大桥为例，其中间护栏采用板状+框架型钢管结构，以中间共同立柱形式，结构稳重，抗击性能好。
3)箱型结构：以东海大桥和长江大桥为例，箱型护栏立柱优点为制作简单，线条简洁，自洁性好，最大优点是吸收功率作用大，以柔克刚。
根据目前大桥的防撞功能，上述三种形式都经过实践和考验，防撞功能全部都满足大跨径桥梁工程的设计要求，但是从经济效益上以及从其载荷对桥梁影响来分析，由于箱型立柱配圆管是板型立柱的重量的3/5，另外从护栏自洁性好与差、吸收功强与弱……等综合性能考虑，东海大桥和长江隧桥的箱型立柱+圆管组合优势明显得多。
国内钢结构护栏的另一个主要部分是横梁。目前国内大跨径桥梁，横梁均采用钢管，厚度一般在6-8毫米，形状一般采用圆管和方管。根据大量实践分析表明：
圆管的优点：自洁性好，漆膜受水时间短。二次变型量大吸收功强诸多优点，通透性好！
方管的优点：外观漂亮，有传统的江南木桥风格。
5.钢结构护栏的表面涂装
大跨径桥梁的表面涂装面漆主要采用的方式有两种：
1)聚胺脂面漆
优点：成本低，价格便宜，维修时不必敲铲处理。可反复涂覆。
缺点：粉化快，理论时间八年左右。
2) 氟碳面漆
优点：光泽亮丽。抗老化能力强，理论时间二十年以上。
缺点：造价高，表面脆，安装时保护措施要求高。
6.钢结构护栏的材质
2005年从东海大桥起国内大跨径桥梁一般采用Q345C或宝钢MDB350以上的低合金材料。实践证明，这些钢材对于防撞、抗低温及耐腐蚀的性能都能得到较大的满足，其中宝钢的MDB350材料采用低碳、控温控轧，具有低成本高性能的实用价值。
|
牌号 |
屈服强度
(MPa) |
抗拉强度
(MPa) |
断后伸长率
A% |
-20℃冲击功
(J) |
耐腐蚀性 |
|
Q345C |
≥345 |
470—630 |
≥20 |
≥34 |
强
弱 |
|
MDB350 |
≥350 |
≥470 |
≥23 |
≥40 | |
|
Q235 |
≥235 |
375—500 |
≥26 |
≥27 |
7.钢结构护栏的连接方式
7.1螺栓直接连接：国内大部分方管采用横梁直接用螺栓连接立柱，优点是加工方便，缺点是硬连接，撞击损伤大。
7.2支架连接：用支架连接在横梁上连接立柱，虽然多了一道工序，但其缓冲功能大大提高，如长江大桥和东海大桥，是值得推广的好方式。
8.结语
我国大跨径桥梁不断推陈出新，护栏的不同型式也各有千秋。在防撞功能确保的前提下，从可持续、环保、节能的角度来考虑应用，改进目前国内已有特大桥梁的护栏方式，已成为设计人员刻不容缓的重要课题。
参考文献：
［1］ 《公路交通安全设施设计细则》.
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