高速公路路侧景观护栏设计报告.docx
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1、湖南省宁远至道县高速马路高填方路段路侧景观护栏设计报告中交一公局马路勘察设计院有限公司2019年06月3K301+940K302+138挖方干砌片石护 坡4K302+290K302+560干砌片石护 坡干砌片石护 坡5K308+294K308+430挡土墙挖方考虑五处高填方路段的详细状况,并结合国家、行业等相关 标准规范以及科研成果对本项目景观护栏进行设计,使其既满意 路侧平安性的要求,又满意美观要求。4.2主要设计内容本次设计重点解决路侧护栏的平安和美观的问题,主要设计 内容包括:护栏防撞等级的确定、墙体设计、基础设计、景观设 计、护栏过渡段设计及路面排水设计等内容。防撞等级的确定本项目护栏
2、防撞等级的选择应考虑交通流组成特点及路侧危 急度等级的大小,并应满意标准规范的要求。.1交通流组成分析(1)碰撞条件的确定本项目工可报告中预料了将来车型比例的发展状况,如表 4-2所示:表4-2本项目将来车型比例预料表车型2019 年2019 年2020 年2025 年2032 年小货9. 38%8. 94%8. 30%7. 76%6. 82%中货26.61 %25.91 %24. 74 %22.86 %21. 57 %大货22.84 %23.81 %24. 67 %26. 30 %27.20%集装 箱4. 57%4. 68%4. 88%5. 32%5.49%小客24. 33 %25.68 %
3、27.92 %30.07%32.01%大客12.27%10. 98%9.49%7. 69%6.91%合计100.00%100. 0 0%100.0 0%100.0 0%100.00%注:表中比例按小型车计算依据马路交通平安设施设计规范(和设计细则)中规 定,护栏碰撞车重选择第85%位的车重。依据表4-2不同车型预 料结果绘制车重比例的累积曲线,如图4-1,从图中可以看出: 本项目85%位的车重均在14t以下,因此偏平安考虑选择14t作 为车辆的碰撞质量。图4-1车重比例的累积曲线通过对国内三十几条路共7000多公里马路的调研资料,分析 得出:对于设计速度为100的高速马路,其车辆碰撞速度为80
4、, 碰撞角度为20。因此,可以确定本项目车辆的碰撞条件为:质量14t,碰撞 速度80,碰撞角度20。(2)本项目车辆碰撞能量计算车辆碰撞护栏时,在垂直护栏方向上的能量计算公式如下:(公式1)式中:E车辆碰撞护栏能量();m碰撞护栏的车辆质量();口车辆的碰撞速度();。车辆的碰撞角度(0);g重力加速度(9. 81m2)。将上述碰撞试验条件代入上述公式得出:1 /1、2车辆最大碰撞能量:E = xl4xl03 x 80xxsin20 4002 I3.6)因此,本项目车辆的碰撞能量为400,护栏的防撞等级应选 择碰撞能量大于或等于400o.2路侧危急度分析路侧危急度指的是车辆冲出路外可能造成的人
5、员生命财产损 失的严峻程度,亦即坠车事故对乘员(或事故干脆影响到的第三 者)的危急程度。2019年四川省交通厅科技项目“山区马路路 侧危急度划分方法的探讨”中定量的将路侧危急度划分为三级, 等级越高,路侧越危急。(1)路侧危急度计算方法课题中对路侧地形态况采纳“路侧地形四要素”进行描述,如表4-3 o表4-3路侧地形四要素序号名称说明1边坡高 度指路面到坡脚的竖直高差2边坡坡 度指坡脚到路肩边缘连线的综合坡度3坡脚状 态指坡脚的地物构成,如乱石、河流、湖泊、 土地等4重要构 造物指车辆翻下边坡时有可能撞到的油库、马 路等重要构造物。图4-2路侧地形四要素示意图马路路侧危急性大致分为三种类型:第
6、一是车辆冲出路侧后 一般不会对车辆和乘员造成大的损害,如路侧为坡度很缓的田 地,或路侧为挖方;其次是车辆虽然有越出路外的可能性,但是 车辆越出后,对车辆和乘员不会造成毁灭性的损害,死亡人数比 例不大;第三种状况是车辆一旦越出路外,就会造成车毁人亡的 重大事故的路段。考虑上述路侧危急性的定性分析结果及车辆驶出路侧后人员 伤亡大小的状况,课题最终给定了路侧危急度的计算方法。计算 公式如下:8值=用X勺*(4、4)(公式2)以坡高和坡度作为计算路侧危急度值的基准,然后通过坡脚 状态和可能引发二次事故的严峻程度对其进行修正。上式中参数 的取值见表4-4和表4-5:L边坡高度高度m/X/0 551010
7、3030 5050危急度 分值A1123452.边坡坡度坡度1:0. 5危急度 分值A212345表4-4危急度参数取值-013.坡脚 状态坡脚状态土 地水深 3. 5m危急度分值K111.22124.二次严峻程度无一般严峻特殊严 峻事故危急度分值 K21235表4-5危急度参数取值-02依据值的大小将一般马路的路侧危急度划分为三个级别,并 确定了三个防护目标,见表4-6所示。路侧危急度级别值平安防护目标一度10, 5重点防护表4-6危急度划分方法(2)本项目高填方路侧危急度等级划分本项目高填方路侧危急度等级的划分将考虑五处高填方路段 的详细路侧状况,如图4-3图4-7为现场调查的路侧状况。图
8、4-3第一处路段两侧路侧状况图4-4其次处路段右侧路侧状况图4-5第三处路段右侧路侧状况图4-6第四处路段两侧路侧状况图4-7第五处路段左侧路侧状况通过对上述五处高填方路段详细状况的分析,并结合路侧危 急度计算公式,计算本项目路侧危急度值及确定的危急度等级, 如表4-7 o表4-7本项目路侧危急度等级划分表路段长度(m位置坡高 (m)坡度坡脚二次 事故值危急 度等 级第一 处256左侧10301:11:2边沟无18三度右侧5-101:11:2碎石无12三度其次 处602左侧右侧10-201:0. 5土地无30三度第三 处198左侧右侧5-101:11:2碎石无12三度第四 处270左侧1030
9、1:11:2碎石无18三度右侧30501:1 1:2碎石无24三度第五 处136左侧5-101:0. 5土地一般20三度右侧依据表4-7可以得出:本项目五处高填方路段路侧危急度等 级均为三度,车辆一旦越出路外,极易造成车毁人亡的重特大事 故,因此应对这五处路段进行重点防护,防止车辆穿越或翻越护 栏。.3防撞等级的选择高速马路交通工程及沿线设施设计通用规范(D80-2019)第条的规定,高速马路路侧护栏的防撞等级应符合表4-8规定。表4-8路基护栏防撞等级的适用条件路侧状 况一般 路段、匝道临河、傍山地 段;桥头引道 或隧道洞口 连接线路段地形陡峭、高挡 墙的路段;车辆 越出路外可能发 生严峻事
10、故的路 段车辆越出路 外可能发生 严峻二次事 故的路段防撞等 级2级 (A)3级()4级()5级()考虑上述对本项目交通流组成及路侧危急度等级的分析可 知:本项目车辆碰撞能量为400;路侧危急度等级为三度,应满 意重点防护的目标。因此,综合以上分析,确定本项目护栏防撞 等级为级(400)的混凝土护栏,其选择的防撞等级既满意高速马路交通工程及沿线设施设计通用规范的要求,又满意本项 目交通流组成及路侧重点防护的目标。护栏墙体设计结合国内路侧护栏的开发探讨成果及上述确定的护栏的防撞 等级级,以确定合理护栏结构形式,可以有效减小车辆碰撞护栏 事故的严峻程度,对保证高填方路段的路侧平安至关重要。.1护栏
11、墙体形式的确定护栏墙体选择我公司在“高速马路桥梁护栏的探讨开发”课 题中开发的闽华I型护栏,此护栏经过专家鉴定,并在福建省广 泛运用,其横截面各部分尺寸如图4-8所示。图4-8护栏墙体横断面构造图针对不同迎撞面夹角的护栏结构数值模拟和大量资料调研分 析,型护栏(新泽西护栏)结构的双坡面断面形态应当是一种“最 优”坡面型式,但是其存在两大问题:一是在肯定的碰撞条件下, 失控车辆会爬上、越过或外倾翻过护栏;二是当车速、车重、碰 撞角度等满意肯定条件时,失控车辆会在护栏内侧翻车。“高速 马路桥梁护栏的探讨开发”科研课题中,针对上述问题采纳对型 护栏改进的方法开发适合桥梁碰撞条件和评估标准的护栏型式。
12、课题中合理选择型护栏双坡面型式的优点,针对型护栏存在 的第一个问题,采纳护栏加高的方法;但是单纯采纳护栏加高, 又往往造成车辆内翻事故概率的提高。如图4-9为单纯采纳护栏 加高后,通过时速为120公里的小轿车及护栏以20角相撞的数值模拟的试验照片。图4-9单纯护栏加高后小轿车碰撞的数值模拟从图4-9中可以看出,单纯采纳加高护栏的方式,车辆轻, 速度快的小车发生了内翻的状况。因此,要防止车辆越出,同时 又不提高车辆内翻的概率,就须要在加高护栏的同时限制车辆爬 高。为限制车体的爬高,在护栏顶端的迎撞面上加设阻爬坎。相 应的课题中对于护栏的截面形式中护栏高度H和限制车辆爬上 的阻爬坎厚度W进行了分析
13、探讨,并对优化调整后的护栏截面形 式通过实车碰撞试验来检验。(1)护栏高度H护栏高度设计主要是为了防范重心较高的大型车辆的外倾 覆,而对于小车,因其重心高度较低,一般不会出现向外倾覆翻 出护栏的状况,其护栏高度计算的倾覆示意图如图4-10所示。图4To车辆倾覆分析示意图为了防止车辆发生向外倾覆,应要求车体重心不能越过护栏 上方的平衡位置,最极端的状况是当车辆重心达到护栏上方位置 时,车辆的动能为零,即在此时车辆的动能完全转化为车辆爬升 的重力势能,能量方程如下式:y/h2+ a2 -hj mg = mvo( 3-1 )其中,u。为车辆碰撞护栏时垂直于护栏的速度重量;h为车 辆重心距护栏顶的垂直
14、距离;为半车宽;a为计算参数,对于 大车取。若以型护栏的双坡面变坡点作为大车的有效爬高,当车速为 100,半车宽a为1.2m时,护栏设置的最小高度为102。考虑到 课题中估计偏于保守,最终确定护栏高度101。本项目设计速度 为100,护栏高度选择101能够有效防止车辆翻越。(2)阻爬坎的厚度w对阻爬坎厚度W的确定,选择的标准是既要护栏能够对车辆 进行平滑导向,又要车体在碰撞过程中的加速度尽可能的小。因 此,课题中针对不同厚度进行了数值模拟,结果表明:车体的姿 态在厚度WV7. 5时导向都较平滑,并且当5.0时,车辆对纵向 和横向的加速度限制的最好。因此综合考虑,最终选择防爬坎的 厚度5.0o(
15、3)实车碰撞试验针对闽华I型护栏的防护性能,课题中进行了两阶段三种碰 撞条件12车次的实车碰撞试验,三种护栏碰撞条件如表4-9所 ZjS O表4-9桥梁护栏的碰撞试验条件碰撞车 型碰撞车质 量 ()碰撞角 度 ()碰撞速 度0类型一小轿车2, 00020100类型二大货车20, 0002060类型三大客车18, 0002080如图4-11为三种碰撞条件下实车碰撞试验现场照片及碰撞 后护栏的损害状况。目录1、项目背景错误!未指定书签。2、国内外现状错误!未指定书签。3、设计依据及设计原则错误!未指定书签。1. 1设计依据错误!未指定书签。3. 2设计原则错误!未指定书签。4、设计内容错误!未指定
16、书签。4. 1概述错误!未指定书签。4.1 主要设计内容错误!未指定书签。4. 2. 1防撞等级的确定错误!未指定书签。5. 2. 2护栏墙体设计错误!未指定书签。6. 2.3护栏基础设计错误!未指定书签。7. 2.4景观设计错误!未指定书签。8. 2.5护栏过渡段设计错误!未指定书签。9. 2. 6路面排水设计错误!未指定书签。4.2 设计文件错误!未指定书签。5、经济性分析错误!未指定书签。图4-11(a)小轿车碰撞护栏照片4-11 (b)大客车碰撞护栏照片图471(c)大货车碰撞护栏照片经上述实车碰撞试验可知,闽华I型护栏能够有效阻挡上述 三种车型冲断或翻越;护栏具有较好的导向实力;乘员
17、所受的冲 击加速度值都小于20g,满意评价标准的要求。.2护栏墙体结构设计(1)碰撞荷载参照马路交通平安设施设计规范(D81-2019)中相关规定, 其护栏碰撞荷载的计算公式如下:P =小 sineI(公式 3)2000 C sin - Z?(l - cos 6() + Z其中,户一车辆作用在护栏上的平均横向碰撞力m车辆质量()匕一车辆的碰撞速度()。一车辆碰撞角度( )C一车辆重心距前保险杠的距离(m)人一车辆的宽度(m)Z一护栏的横向位移(m),对于混凝土护栏取0。本项目各参数取值:加=14000,匕二80,。=20 , 4.96m, 2. 5m, 0mo经公式3计算,平均横向碰撞力户二2
18、16. 7。碰撞力:歹=。马路交通平安设施设计规范(D81-2019) 中指出,当/取1/2时,碰撞力为最大横向碰撞力,则户/2340。 另据规范第条规定,碰撞荷载的作用点位于护栏顶部以下5。(2)墙体配筋设计墙体配筋设计主要考虑镂空上部横梁、墙体变截面位置以及 墙体及基础之间连接。在水平碰撞力作用下,横梁受力偏平安考 虑简化为简支结构,其跨中截面为最不利截面;墙体的受力特点 类似于桥梁设计中一端固结的悬臂板,因此,墙体变截面位置以 及墙体及基础之间的连接设计均依据钢筋混凝土桥梁设计规 范中悬臂板的设计方法进行,一般的护栏基础不是完全固结的, 这里近似采纳悬臂板的设计方法计算墙体的强度是偏于平
19、安的。 横梁位置的纵向筋为受力钢筋,而墙体的竖向筋为受力钢筋,纵 向钢筋为分布钢筋。碰撞力大小:340o横向分布宽度:选择福建省“高速马路桥梁护栏的探讨开发” 科研课题中确定的横向分布宽度为5. 76m。碰撞力的作用位置:按标准规范选择距离护栏顶为5的位置, 即碰撞力的作用点高度为0. 96mo计算结果:横梁的纵向钢筋选择3根中20的II级钢筋,其面积为9422, 钢筋间距为70;每米墙体竖向钢筋经受力计算及相关实车碰撞 试验检验,确定选择6根中12的H级钢,其钢筋面积为6782, 钢筋间距为160;每米墙体及基础的连接钢筋经计算受力钢筋面 积为3872,为了及墙体钢筋易于绑扎,因此,偏平安考
20、虑选择竖 向连接钢筋根6根12的H级钢,其钢筋面积为6782,钢筋间 距为160o其余非受力钢筋依据结构要求配置。另外,考虑镂空位置易发生应力集中,又加之镂空上部横梁 配筋较强,下部配筋较弱,护栏内外温差等缘由简单导致镂空四 周墙体产生裂缝。因此,镂空四周设置两道弧形补强筋,补强钢 筋之间间隔200设置一道箍筋,箍筋选择10的H级钢。(3)稳定性验算护栏墙体的稳定性验算考虑基础及墙体的共同受力,其整体 抗倾覆稳定性及挡土墙或土体的抗滑移稳定性经计算均满意要 求。护栏基础设计对于高填方路段的路侧护栏来说,护栏基础的稳定性干脆影 响护栏的防护实力。在交通调查探讨中发觉,部分汽车冲出道路 的事故是由
21、于基础稳定性不足,导致护栏上部结构难以有效发挥 作用而发生混凝土护栏的倾覆。因此,对于高填方路段的路侧护 栏,选择合理的基础形式至关重要。本项目将依据我公司在交通部西部交通建设科技项目“马路 悬崖峭壁护栏的开发探讨”课题中开发的座椅式护栏基础来进行 设计。本项目护栏基础位置的路侧边坡防护状况有两种:一种是 石砌挡土墙,刚度较大;另一种是干砌片石护坡,基础设置于土 路基上,土路基刚度较小。本项目将依据两种防护状况的不同对 护栏基础分别进行设计。4. 2. 3.1挡土墙上护栏基础设计(1)基础形式的确定对于挡土墙上的护栏基础形式,“马路悬崖峭壁护栏的开发探 讨”课题中选择了座椅式和桩式基础两种形式
22、,通过模型试验及 实车碰撞试验对其受力性能进行了比较,见图4-12、图4-13。图4-12座椅式基础和桩式基础图4T3(a)基础模型试验图4-13 (b)基础实车碰撞试验从上述试验对比结果发觉,当护栏长度较短时,桩式基础反 抗实力略优于座椅式基础,但是,随着护栏长度的增大,两种基 础形式的实际受力效果大致相同O考虑到桩式基础施工工艺比较 困难,且不利于路面基层的稳定。因此,对挡土墙上的护栏选用 了座椅式基础的形式。座椅式基础受碰撞力作用后其作用机理不同于其他的基础形 式,当汽车碰撞时,座椅式基础可以变更碰撞荷载的传递方向, 由于座椅式基础腿部埋置于挡土墙内,使原来向外的推力转变为 了向下的压力
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