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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:
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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)。
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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: 
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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。
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(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。
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(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。
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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:
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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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