中央分隔带整体式混凝土护栏抗倾覆稳定性研究
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２０１８年 第 ４期 （总第 ２９０期）
黑龙江交通科技 ＨＥＩＬＯＮＧＪＩＡＮＧ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪＩ
Ｎｏ．４，２０１８ （Ｓｕｍ Ｎｏ．２９０）
中央分隔带整体式混凝土护栏抗倾覆稳定性研究
陈 超１，何 洋２
（１中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 ４３００５６；２武汉中交交通工程有限责任公司，湖北 武汉 ４３００５６）
从图 ２中可以看出，在不保留任何安全余量的 情况下，当采 用 现 浇 段 进 行 施 工 时，需 保 证 现 浇 段 长度不低于 ２０ｍ，才能保证护栏不倾覆。
中央分隔带整体式混凝土护栏的抗倾覆能力 不仅仅与其自身的埋置深度有关，与其两侧的填料 厚度有关。提到“护栏埋置深度一般为 １０～２０ｃｍ， 混凝土 护 栏 两 侧 应 铺 筑 与 车 行 道 相 同 的 路 面 材 料”，即要求 Ｃ２５现浇混凝土的厚度不低于 １０ｃｍ，本 文的计算结果也印证了规范的合理性。
这里，Ｌ为研究对象长度，４０ｍ；ｆ指单位长度的
沥青面层作用在 Ｃ２５的被动土压力，用下式计算
ｆ＝１２γＨ２Ｋｐ＋２ｃＨ 槡Ｋｐ
（５）
式中：γ为沥青的重度；Ｃ为沥青面层的粘聚力，根
பைடு நூலகம்
据库伦摩尔定律可以得到，
ｃ＝
σｃ
２ｔａｎ（４５°＋φ）
２
（６）
φ为沥青面层内摩擦角，根据取值为 ５２０。为
沥青面层抗压强度，根据取值为 ５ＭＰａ，Ｋｐ为沥青 面层的被动土压力系数
外，护栏的抗 倾 覆 弯 矩 主 要 由 被 动 土 压 力 提 供，而 主要因素为 Ｃ２５现浇混凝土厚度 Ｈ，为进一步不同现 浇层厚度 Ｈ与抗倾覆稳定性的关系，将 γ０ ＝Ｍ２／Ｍ１ 作为抗倾覆稳定性系数，计算得到厚度 Ｈ与 γ０ 的 关系如图 １所示：
第 ４期
图 ２ 不同现浇层段长度 Ｌ与抗倾覆 稳定系数的关系图
Ｆｍａｘ＝π２·２０００［Ｃｓｉｎｍθ（－Ｖｂｓｉ（ｎ１θ）－２ｃｏｓθ）＋Ｚ］（２）
如前所述，本文研究对象为防撞等级为 ＳＡ级 的护栏，给出了 ＳＡ级碰撞条件下，车辆的质量、速 度和碰撞角度，以大型车作为碰撞输入条件，（２）式
中，各参数输入如下：车辆质量 ｍ＝１４０００ｋｇ；车辆
的碰撞速度 Ｖ＝８０ｋｍ／ｈ；车辆的碰撞角度 θ＝２０°；
１ 工程实例
１．１ 工程概况
西藏国道 ３１８线林芝至拉萨段公路改造工程
建设 标 准 为 双 向 ４车 道 高 等 级 公 路，设 计 速 度
８０ｋｍ／ｈ，全线约 ４００ｋｍ，中分带宽度为 １ｍ，设计
汽车荷载为公路一级，中分带护栏设计为 ＳＡ级 Ｆ
型混凝土护栏。路面结构层厚度 １７ｃｍ，护栏埋置
深度 为 １７ ｃｍ，混 凝 土 护 栏 高 度 为 １ ｍ，底 宽
Ｋｐ＝ｔｇ２（４５°＋φ２）
（７）
１３ 计算结论及分析
通过计算得到，护栏倾覆力矩 Ｍ１＝３９０．２６ｋＮ·ｍ，
护栏抗倾覆弯矩 Ｍ２＝７１０．２１ｋＮ·ｍ，故护栏不会发生倾 覆。
根据根据 前 面 的 分 析 可 知，除 了 自 身 的 重 力
收稿日期：２０１７－０１－２９
·４９·
总第 ２９０期
黑龙江交通科技
２ 结 论
图 １ 不同现浇层厚度 Ｈ与抗倾覆稳定系数的关系图
从图 １中可以看出，随着现浇层厚度 Ｈ的增 加，护栏抗倾覆稳定性系数也逐渐增加，当厚度 Ｈ ＜０．０４ｍ时，γ０ ＜１，此时护栏可能发生倾覆。
中分带混凝土护栏可采用现浇法和预制法施 工，当采用现浇法施工时，根据现场实际情况，往往 采用分段现 浇，各 段 护 栏 之 间 独 立，基 与 工 程 实 例 给出的 Ｈ＝０．０８ｍ，本文计算了不同现浇段长度 Ｌ 与抗倾覆稳定性系数之间的关系，如图 ２所示。
参考文献： ［１］ 房培阳，马亮，闫书明，等．城市道路新型中分带护栏
开发［Ｊ］城市道桥与防洪，２０１１，（７）． ［２］ 付智，李雪峰．高速公路混凝土护栏设计与滑膜施工
技术［Ｊ］．公路，２０１３，（７）． ［３］ 中华人民共和国交通部．公路交通安全设施设计细则
［Ｍ］．人民交通出版社，２００６，（２２）：１３２－１３３．
０．６０６ｍ，顶宽 ０．２ｍ，中分带护栏底部采用天然砂
砾填筑，两侧采用 ８ｃｍ厚的 Ｃ２５现浇混凝土填筑。 １２ 受力分析
由于天然砂砾抗剪强度很低，本次分析忽略天
然砂砾对护 栏 抗 倾 覆 的 作 用 力，车 辆 碰 撞 护 栏 时，
车辆碰撞护栏最大横向力，最大横向力 Ｆｍａｘ相对于 倾覆点的力臂 Ｌ２，车辆护栏的重力 Ｇ，重力 Ｇ对倾 覆点的力臂为 Ｌ１，车辆碰撞护栏后作用在 Ｃ２５现浇 混凝土上的被动土压力，Ｃ２５现浇混凝土厚度 Ｈ。护 栏发生倾覆的条件是倾覆弯矩 Ｍ１大于抗倾覆弯矩 Ｍ２。
摘 要：基于土力学对实际工程案例中的护栏抗倾覆稳定性进行了分析研究，得到护栏两侧不同填筑厚度以及不同现浇段护 栏长度下混凝土护栏抗倾覆能力稳定性的关系，对于实际工程安全设施设计具有较好的指导作用。 关键词：护栏抗；被动土压力；混凝土护栏 中图分类号：Ｕ４４２ 文献标识码：Ｃ 文章编号：１００８－３３８３（２０１８）０４－００４９－０２
相关参数计算：
（１）倾覆弯矩 Ｍ１ 护栏的倾覆弯矩 Ｍ１是汽车碰撞护栏的冲撞力 引起的，故倾覆弯矩用下式计算
Ｍ１ ＝Ｆｍａｘ×Ｌ２
（１）
其中：Ｆ为车辆碰撞力，Ｌ２ 为护栏总高度。
车辆碰撞护栏是十分复杂的过程，到目前为止
尚没有精确计算方法来进行描述，给出了假定情况
下车辆最大横向横向力 Ｆｍａｘ估算的计算式：
Ｃ２５现浇混凝土层厚度，则抗倾覆弯矩
Ｍ２ ＝Ｇ１ ×Ｌ１ ＋Ｆ１ ×Ｈ／３
（３）
式中：Ｇ１ 为护栏重力，根据《公路护栏安全性评价标
准》（ＪＴＧＢ０５－０１－２０１３），刚性护栏标准试验段长
度不小于 ４０ｍ，故本次计算将 ４０ｍ的标准护栏作
为一个受力对象；Ｆ１ 为被动土压力，用下式计算
Ｆ１ ＝ｆ×Ｌ
（４）
车辆重心至前保险杠之间的距离 Ｃ＝５．２ｍ；车辆的
宽度 ｂ＝２．６ｍ；护栏的横向变形 Ｚ＝０ｍ。
（２）抗倾覆弯矩 Ｍ２ 根据受力分析可知，护栏抗倾覆弯矩 Ｍ２ 主要 由其自身的重力以及作用在 Ｃ２５现浇混凝土上的被 动土压力产生。根据土力学受力分析，路面结构层
对护栏的抵抗力是均布荷载，力的作用点在 １／３的
黑龙江交通科技 ＨＥＩＬＯＮＧＪＩＡＮＧ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪＩ
Ｎｏ．４，２０１８ （Ｓｕｍ Ｎｏ．２９０）
中央分隔带整体式混凝土护栏抗倾覆稳定性研究
陈 超１，何 洋２
（１中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 ４３００５６；２武汉中交交通工程有限责任公司，湖北 武汉 ４３００５６）
从图 ２中可以看出，在不保留任何安全余量的 情况下，当采 用 现 浇 段 进 行 施 工 时，需 保 证 现 浇 段 长度不低于 ２０ｍ，才能保证护栏不倾覆。
中央分隔带整体式混凝土护栏的抗倾覆能力 不仅仅与其自身的埋置深度有关，与其两侧的填料 厚度有关。提到“护栏埋置深度一般为 １０～２０ｃｍ， 混凝土 护 栏 两 侧 应 铺 筑 与 车 行 道 相 同 的 路 面 材 料”，即要求 Ｃ２５现浇混凝土的厚度不低于 １０ｃｍ，本 文的计算结果也印证了规范的合理性。
这里，Ｌ为研究对象长度，４０ｍ；ｆ指单位长度的
沥青面层作用在 Ｃ２５的被动土压力，用下式计算
ｆ＝１２γＨ２Ｋｐ＋２ｃＨ 槡Ｋｐ
（５）
式中：γ为沥青的重度；Ｃ为沥青面层的粘聚力，根
பைடு நூலகம்
据库伦摩尔定律可以得到，
ｃ＝
σｃ
２ｔａｎ（４５°＋φ）
２
（６）
φ为沥青面层内摩擦角，根据取值为 ５２０。为
沥青面层抗压强度，根据取值为 ５ＭＰａ，Ｋｐ为沥青 面层的被动土压力系数
外，护栏的抗 倾 覆 弯 矩 主 要 由 被 动 土 压 力 提 供，而 主要因素为 Ｃ２５现浇混凝土厚度 Ｈ，为进一步不同现 浇层厚度 Ｈ与抗倾覆稳定性的关系，将 γ０ ＝Ｍ２／Ｍ１ 作为抗倾覆稳定性系数，计算得到厚度 Ｈ与 γ０ 的 关系如图 １所示：
第 ４期
图 ２ 不同现浇层段长度 Ｌ与抗倾覆 稳定系数的关系图
Ｆｍａｘ＝π２·２０００［Ｃｓｉｎｍθ（－Ｖｂｓｉ（ｎ１θ）－２ｃｏｓθ）＋Ｚ］（２）
如前所述，本文研究对象为防撞等级为 ＳＡ级 的护栏，给出了 ＳＡ级碰撞条件下，车辆的质量、速 度和碰撞角度，以大型车作为碰撞输入条件，（２）式
中，各参数输入如下：车辆质量 ｍ＝１４０００ｋｇ；车辆
的碰撞速度 Ｖ＝８０ｋｍ／ｈ；车辆的碰撞角度 θ＝２０°；
１ 工程实例
１．１ 工程概况
西藏国道 ３１８线林芝至拉萨段公路改造工程
建设 标 准 为 双 向 ４车 道 高 等 级 公 路，设 计 速 度
８０ｋｍ／ｈ，全线约 ４００ｋｍ，中分带宽度为 １ｍ，设计
汽车荷载为公路一级，中分带护栏设计为 ＳＡ级 Ｆ
型混凝土护栏。路面结构层厚度 １７ｃｍ，护栏埋置
深度 为 １７ ｃｍ，混 凝 土 护 栏 高 度 为 １ ｍ，底 宽
Ｋｐ＝ｔｇ２（４５°＋φ２）
（７）
１３ 计算结论及分析
通过计算得到，护栏倾覆力矩 Ｍ１＝３９０．２６ｋＮ·ｍ，
护栏抗倾覆弯矩 Ｍ２＝７１０．２１ｋＮ·ｍ，故护栏不会发生倾 覆。
根据根据 前 面 的 分 析 可 知，除 了 自 身 的 重 力
收稿日期：２０１７－０１－２９
·４９·
总第 ２９０期
黑龙江交通科技
２ 结 论
图 １ 不同现浇层厚度 Ｈ与抗倾覆稳定系数的关系图
从图 １中可以看出，随着现浇层厚度 Ｈ的增 加，护栏抗倾覆稳定性系数也逐渐增加，当厚度 Ｈ ＜０．０４ｍ时，γ０ ＜１，此时护栏可能发生倾覆。
中分带混凝土护栏可采用现浇法和预制法施 工，当采用现浇法施工时，根据现场实际情况，往往 采用分段现 浇，各 段 护 栏 之 间 独 立，基 与 工 程 实 例 给出的 Ｈ＝０．０８ｍ，本文计算了不同现浇段长度 Ｌ 与抗倾覆稳定性系数之间的关系，如图 ２所示。
参考文献： ［１］ 房培阳，马亮，闫书明，等．城市道路新型中分带护栏
开发［Ｊ］城市道桥与防洪，２０１１，（７）． ［２］ 付智，李雪峰．高速公路混凝土护栏设计与滑膜施工
技术［Ｊ］．公路，２０１３，（７）． ［３］ 中华人民共和国交通部．公路交通安全设施设计细则
［Ｍ］．人民交通出版社，２００６，（２２）：１３２－１３３．
０．６０６ｍ，顶宽 ０．２ｍ，中分带护栏底部采用天然砂
砾填筑，两侧采用 ８ｃｍ厚的 Ｃ２５现浇混凝土填筑。 １２ 受力分析
由于天然砂砾抗剪强度很低，本次分析忽略天
然砂砾对护 栏 抗 倾 覆 的 作 用 力，车 辆 碰 撞 护 栏 时，
车辆碰撞护栏最大横向力，最大横向力 Ｆｍａｘ相对于 倾覆点的力臂 Ｌ２，车辆护栏的重力 Ｇ，重力 Ｇ对倾 覆点的力臂为 Ｌ１，车辆碰撞护栏后作用在 Ｃ２５现浇 混凝土上的被动土压力，Ｃ２５现浇混凝土厚度 Ｈ。护 栏发生倾覆的条件是倾覆弯矩 Ｍ１大于抗倾覆弯矩 Ｍ２。
摘 要：基于土力学对实际工程案例中的护栏抗倾覆稳定性进行了分析研究，得到护栏两侧不同填筑厚度以及不同现浇段护 栏长度下混凝土护栏抗倾覆能力稳定性的关系，对于实际工程安全设施设计具有较好的指导作用。 关键词：护栏抗；被动土压力；混凝土护栏 中图分类号：Ｕ４４２ 文献标识码：Ｃ 文章编号：１００８－３３８３（２０１８）０４－００４９－０２
相关参数计算：
（１）倾覆弯矩 Ｍ１ 护栏的倾覆弯矩 Ｍ１是汽车碰撞护栏的冲撞力 引起的，故倾覆弯矩用下式计算
Ｍ１ ＝Ｆｍａｘ×Ｌ２
（１）
其中：Ｆ为车辆碰撞力，Ｌ２ 为护栏总高度。
车辆碰撞护栏是十分复杂的过程，到目前为止
尚没有精确计算方法来进行描述，给出了假定情况
下车辆最大横向横向力 Ｆｍａｘ估算的计算式：
Ｃ２５现浇混凝土层厚度，则抗倾覆弯矩
Ｍ２ ＝Ｇ１ ×Ｌ１ ＋Ｆ１ ×Ｈ／３
（３）
式中：Ｇ１ 为护栏重力，根据《公路护栏安全性评价标
准》（ＪＴＧＢ０５－０１－２０１３），刚性护栏标准试验段长
度不小于 ４０ｍ，故本次计算将 ４０ｍ的标准护栏作
为一个受力对象；Ｆ１ 为被动土压力，用下式计算
Ｆ１ ＝ｆ×Ｌ
（４）
车辆重心至前保险杠之间的距离 Ｃ＝５．２ｍ；车辆的
宽度 ｂ＝２．６ｍ；护栏的横向变形 Ｚ＝０ｍ。
（２）抗倾覆弯矩 Ｍ２ 根据受力分析可知，护栏抗倾覆弯矩 Ｍ２ 主要 由其自身的重力以及作用在 Ｃ２５现浇混凝土上的被 动土压力产生。根据土力学受力分析，路面结构层
对护栏的抵抗力是均布荷载，力的作用点在 １／３的