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本文作者：高玉恒陳慧李志強劉孔杰工作單位：河北省石安高速公路管理處

波形梁護欄損壞指標

美國NCHRPReport656縱向護欄維修標準中，維修指標是有關于護欄整體和各部件的損壞指標[3]。基于對護欄的受力損壞機理和國內護欄實際損壞狀態的定性了解，護欄各部件的損壞形態各異，假如損壞指標從護欄整體損壞狀態來考慮，不能很好體現出護欄的具體損壞情況以及各部件的損壞嚴重程度。并且，從對護欄維修現狀的調研得出，國內護欄維修根據損壞部件及損壞程度的不同，其維修方法也有所不同；只有從部件的損壞情況著手來分析損壞指標才有益于制定合理的護欄維修方案。因此，將損壞指標從護欄板和立柱兩大部件上分開來考慮，波形梁護欄損壞指標的選擇定位于概念直觀、可量化、獲取方便、易判斷損壞情況等4個方面。通過對波形梁護欄板、立柱、防阻塊及基礎等各部分的損壞指標相關分析，將護欄板最大撓度值和立柱頂部偏移量作為護欄損壞評價指標。

波形梁護欄損壞指標分析模型

模型在事故中，波形梁護欄的受力過程是一個動態變化的，并且護欄在動態受力情況下是其他部件會協同護欄板受力，護欄板的動態變形量也包括了其他部件受力而引起的變形[4]。然而，在維修時工作人員能夠得到的是一個靜態的變形量，為了使理論值更接近測量值和簡化計算，采用簡支梁模型來分析護欄板在受力作用下變形情況。在簡支梁中，其最大撓度值為中點處的撓度值。在結構力學中，不論簡支梁受到什么荷載作用，只要撓曲線上無拐點，其最大撓度值都可用梁跨中點處的撓度值來代替，其精確度能滿足工程計算需要[5]。因此，確定計算模型中荷載作用位于梁的中點，護欄板的受力簡化圖如圖1。圖1護欄板受力理論模型Fig.1Guardrailbeammechanicalmodel3.2護欄立柱損壞指標分析模型由于波形梁護欄的立柱頂部偏移量由立柱材料性能引起撓度和基礎土體損壞造成的傾斜兩部分組成，故分兩部分來分析。護欄立柱材料變形量雖然土基對護欄立柱的錨固力有影響，但是在此部分中主要驗證護欄立柱本身的材料性能，因此假設土基與立柱是固結，對護欄的最大撓度沒有影響。將立柱當作懸臂梁來分析，護欄立柱的受力簡化見圖2。Fig.2Guardrailcolumnmechanicalmodel3.2.2基礎土體損壞造成傾斜位移采用護欄立柱基礎土體處于極限平衡狀態下的護欄立柱頂部位移S（圖3）作為土體損壞對立柱防護能力的影響指標。立柱頂部位移S通過建立有限元模型來進行計算分析得到。Fig.3Guardrailcolumntop-displacement分析中采用Midas軟件建立護欄立柱和護欄板有限元模型，計算立柱在最大碰撞力時頂部位移。在模擬立柱與土之間作用時，把土體視為地基彈簧，只受壓不受拉，而且隨著深度增加土體對立柱的抗力系數越來越大。有限元分析模型及計算分析的具體情況見圖4、圖5。

波形梁護欄損壞等級劃分

采用上述分析模型對護欄各主要部件損壞指標進行分析得到護欄等級指標值，具體分析結果見表1、表2。從表1中可看出，當護欄板的受力達到235號鋼的強度極限[6]，此時護欄板損壞最嚴重，完全失去了防護能力；當護欄板的受力處于235號鋼的屈服強度和強度極限之間，此時護欄板發生了彎曲變形，但還具有一定的防護能力；當護欄板的受力未達到235號鋼的屈服強度，此時護欄板產生輕微變形，在碰撞過程中損失了較小的防護能力。由表2知，當立柱受到大于等于100kN碰撞力時，其周圍的土體嚴重剪切損壞且頂部位移大于141mm，立柱的防護能力損失嚴重；當立柱受到大于等于93kN碰撞力時，其周圍的土體發生剪切損壞且頂部位移在131～141mm之間，立柱的防護能力損失；當立柱受到碰撞力小于93kN時，其周圍的土體未發生剪切損壞且頂部位移小于131mm，立柱的防護能力損失較小。護欄損壞等級的劃分是根據護欄在碰撞力作用下的損壞程度來進行的。以表1和表2中的理論指標值為基礎，綜合考慮驗證后的指標值和護欄在實際中的損壞情況，將護欄損壞等級劃分為3個等級；考慮到防阻塊，螺栓、墊片等小部件在養護過程中更換操作不復雜[7]，且實際維修中以更換新件為主，故未將小部件的損壞情況納入到損壞等級劃分中。具體的等級劃分如下：1）損壞嚴重。護欄板豎向撕裂或斷裂；護欄板最大撓度值等于或大于425mm；立柱缺失，沿著紋理開裂；路側護欄立柱頂部偏移量等于或大于141mm；中分帶護欄立柱頂部偏移量等于或大于232mm。2）損壞較嚴重。連接螺栓和防阻塊缺失、損壞；相鄰兩根立柱間，護欄板的最大撓度值在266～425mm之間；路側護欄立柱頂部偏移量在131～141mm之間；中分帶護欄立柱頂部偏移量在216～232mm之間。3）損壞一般。相鄰兩根立柱間，護欄板的最大撓度值小于266mm；路側護欄立柱頂部偏移量小于131mm；中分帶護欄立柱頂部偏移量小于216mm。

波形梁護欄維修方案

根據實際調查中了解到護欄各部件損壞后的維修情況，針對波形梁護欄各部件的損壞等級提出了相應的護欄維修方案[8]如下：1）損壞嚴重。更換護欄板以及其他部件（防阻塊，螺栓等）；按照JTGF10—2006《公路路基施工技術規范》[8]修筑立柱基礎。更換護欄立柱以及其他部件（防阻塊，螺栓等）。2）損壞較嚴重。補齊、更換螺栓；校正護欄板；更換其他部件（防阻塊，螺栓等）；補齊、更換防阻塊；采用施工機械夯實地基，并達到《規范》[8]要求；采用合適的方法對立柱校正或是維修（如焊接法、套管法、打樁法等）；更換其他部件（防阻塊，螺栓等）。3）損壞一般。可不校正或更換護欄板；可不須校正或是更換立柱；壓實表面松土層，并達到《規范》[8]要求。

以石安高速護欄損壞維修為依托進行護欄損壞等級劃分方法研究，得出以下結論：1）根據護欄的損壞機理分析，綜合護欄部件的實際損壞情況，護欄各部件的損壞形態各不相同。護欄板的損壞主要是彎曲、撕裂（斷裂），立柱的損壞主要是有傾斜、傾倒和折斷3種。2）在對護欄損壞機理分析及護欄部件損壞情況調研的基礎上，借鑒美國的維修指標研究成果，國內護欄損壞評價指標采用護欄板最大撓度和立柱頂部偏移量，并將波形梁護欄的損壞等級劃分3個等級。3）波形梁護欄損壞等級劃分方法研究為明確護欄維修方案提供了依據，可在一定程度上避免護欄維修方法選用的盲目性，規范波形梁護欄的維修。