基于屈服线理论的混凝土护栏设计探讨

孙鹏 刘旭光

摘要：18年颁布的《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81—2017），全面提高了公路桥梁护栏的设防水准，规范中明确了基于屈服线理论的护栏设计过程和方法。本文通过对公路设计中常用的F型混凝土护栏计算分析，提出适宜的配筋方案，以供从业者参考。

关键词：公路桥梁;混凝土护栏;屈服线理论

1概述

中国公路建设在高速发展的同时，很多交通安全问题随之暴露出来。车辆撞击破坏护栏后驶出桥外，导致车毁人亡的事故屡有发生。18年颁布的《公路交通安全设施设计规范》中，全面提高了公路桥梁护栏的设防水准，同时提出基于屈服线理论的桥梁护栏设计过程和方法。本文根据规范提供的计算方法，对公路设计中常用的钢筋混凝土护栏进行计算分析，以提高桥梁护栏的防撞功能，保证行车安全。

2屈服线理论计算方法 [2]

屈服线理论是一种极限荷载分析方法。屈服线是指钢筋混凝土板上的一条裂缝，沿该裂缝的钢筋已经屈服，并产生了塑性旋转。根据屈服线理论可获得裂缝处构件的承载能力，该理论可用于很多类板构件。

比如一块方板，在四边简单支撑。该板将承受平均分布的荷载，并且荷载逐渐增加直至破坏。板将分为A、B、C和D四个刚性平面区。屈服线构成了这些刚性区之间的边界，而这些区域将围绕这些线旋转。这些区域也将绕支撑线的旋转轴转动，使得支撑荷载发生移动。在该结合点处，屈服线旋转形成的铰所分担的功，等于移动区域上的荷载所消耗的功。根据这个理论，可以忽略弹性变形;所有的变形均假定集中在屈服线处。

对于钢筋混凝土防撞护栏，采用屈服线分析和强度设计的理论。碰撞发生在防撞护栏标准段和端部的屈服线分析方法。在屈服线分析中，基于三种假设条件如下：（1）假定桥面板的破坏模式发生在护栏范围内，并不延伸到桥面板。这也就是说，桥面板必须有足够的承载能力，使屈服线破坏模式发生在护栏以内。如果破坏模式延伸到桥面板，则护栏的承载能力公式将失效。（2）护栏需要有足够的长度才能发生图示的破坏模式。对长度比较短的护栏，可能会形成一条护栏与桥面板接缝的屈服线。这种破坏模式是允许的，护栏的承载能力要使用适当的公式来计算。（3）护栏墙体的正、负抵抗弯矩相等，横梁的正负抵抗力矩也相等。

3 实际案例分析

3.1案例概况

本项目为公路跨河大桥，防撞护栏等级为SB级。混凝土护栏构迎撞面外形采用 《公路交通安全设施规范》中提供的F型护栏。护栏采用C40混凝土，抗压强度为fcd为18.4MPa;钢筋采用HRB400级钢筋，抗拉屈服强度为400MPa。护栏竖向受力主筋直径为16mm，间距为200mm，护栏迎撞面沿高度方向共布置9根直径为12mm的钢筋，受拉保护层厚度为45mm。

3.2各断面Mc的计算

根据《公路交通安全设施设计细则》（JTG/T D81-2017）表3.5.4的规定，SB级碰撞荷载标准值Ft=350KN，荷载分布长度Lt=2400mm。沿竖向将防撞护栏划分为三个截面，截面的h值分别为h1=257mm;h2=325mm;h1=500mm。护栏计算考虑两种破坏形式，第一种破坏模式屈服线延伸至护栏底部，第二种破坏模式屈服线延伸至护栏基座处。分别验算两种模式，取最不利效应。护栏关于桥梁纵轴的弯曲承载力矩Mc：

混凝土护栏的承载能力大于相关规范提供的碰撞荷载，因此认为护栏具有足够的承载能力，同时具有一定的富裕度。

4.結论

根据《公路交通安全设施设计细则》（JTG/T D81—2017）中，提供的屈服线分析和强度设计的理论，全过程进行桥梁护栏设计。针对不同防撞等级的F型混凝土护栏，提供参考配筋。同时本文结合笔者设计经验，对桥梁混凝土护栏设计提出建设性的建议，以供设计者参考。

参考文献：

[1]中华人民共和国交通部.JTG D81—2017公路交通安全设施设计规范[S].北京：人民交通出版社，2017

[2]中华人民共和国交通部.JTG/T D81—2017公路交通安全设施设计细则[S].北京：人民交通出版社，2017