本文以三波梁结构验算为例来说明桥梁护栏的设计步骤,设碰撞条件为14t,20°,60 km/h,假定护栏为三波梁护栏。
1) 首先根据车型、碰撞速度和角度求出在规定位移下的碰撞力,为桥梁护栏设计提供依据。 尽管有时护栏变形大于1.5米都可以将车辆顺利导出,但此时已属于弱柱强梁的范畴,而且需要护栏背后有较大的变形空间,一般不建议取较大的允许位移,而建议护栏的允许位移为0.7m,在初始条件下的最大碰撞力和设计碰撞力,最大碰撞力为Fmax=280.5kN,设计碰撞力Fdes =200.4 kN。
2) 计算横梁拉力,验算横梁是否满足要求。横梁承受的拉力T=Fdes/(2sinθ0) =555.7kN,三波梁的抗拉强度为Thl=Ahl×σhl =705kN,Thl>T,说明三波梁护栏横梁结构强度是足够的,同时说明强度储备比较大。
3) 拼接螺栓强度计算。取剪切强度为抗拉强度的一半,则螺栓的抗剪强度为Tp=Apj ×τp =12*133/2=798kN>555.7kN,说明拼接螺栓强度较高,有较大的强度储备,满足要求。
4) 验算立柱强度是否能够承受横向碰撞力。抗力取作用区内的立柱的极限塑性抗力,加上相邻立柱的极限弹性力,如果二者之和大于横向碰撞力,则立柱满足要求。则影响范围内参与作用的立柱数目为:0.7*2*11/2=7.7个,取整数为7,则n=7+2=9。h0=0.95-0.25=0.7m,所以H型立柱的极限作用力为: N= MpH / h0*(n-2)+2* MeH / h0=25.34*7/0.7+22.9*2/0.7=318.8kN>Fdes=200.4kN。立柱的强度满足要求。
5) 验算连接螺栓强度。连接螺栓要保证立柱纵向强度发挥,因此连接螺栓承受的作用力必须大于立柱可以承受的极限纵向力。连接螺栓数目最少为2,H形立柱可以承受的极限纵向作用力为Fz= MpHz/h0=7.228/0.7=10.32kN。而螺栓承受的作用力为Tl= 2×Alj×τl =36.8kN>Fz,满足要求。注意在护栏变形过程中立柱的变形不是单独的只有纵向或者横向方向,而是综合作用,因此螺栓所需的强度应该比计算值大一些。
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