一种装配式防撞护栏、施工方法及桥梁与流程

1.本发明涉及桥梁建筑技术领域，特别是一种装配式防撞护栏、施工方法及桥梁。


背景技术：

2.在公路桥梁领域，防撞护栏设置于桥梁上部结构的边主梁上，其设置的目的是为了防止失控车辆越出桥外，具有使车辆不能突破、下穿、翻越桥梁以及美化桥梁建筑的功能。防撞护栏一般采用钢筋混凝土结构，宽度和高度分别为0.5m和1m左右，护栏自重约1.5吨/m，对于30m～35m常用跨径的桥梁，仅压在边主梁上的防撞护栏自重就高达45～52.5吨，相当于边主梁比中间主梁额外承受了一辆满载货物的六轴货车。
3.在设计理念上，目前的防撞护栏设计理念是将防撞护栏作为桥梁的附属结构，仅考虑车辆防撞和装饰功能，而不考虑防撞护栏对桥梁结构的承载力提升，将防撞护栏作为外荷载施加在桥梁上，桥梁设计为了权衡安全性而不得不投入更多的材料消耗，导致混凝土桥梁的混凝土用量大、钢结构桥梁的用钢量指标高等问题，与低碳理念不符。
4.在施工过程中，传统钢筋混凝土防撞护栏需要在施工现场开展立模、绑扎护栏钢筋、浇筑混凝土、混凝土振捣、混凝土养护、拆除模板等复杂工序，现场作业量大、支架模板消耗多、施工工期长。传统防撞护栏施工现场钢筋绑扎耗时耗力，需要大量劳动力投入，这种劳动密集型的结构、材料和工艺，难以适应智能建造和快速建造的行业发展背景；且搭设支架的作业对桥梁的交通和周围环境造成不利影响；搭设支架作业本身也受制于桥梁周围的环境，从而造成在恶劣环境，如峡谷或山地中施工困难。
5.综上，传统桥梁防撞护栏自重大，对桥梁受力不利，使主梁材料用量居高不下；且施工周期长、环境影响大、装配化水平低。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于：解决现有防撞护栏施工工序复杂、作业量大，施工工时长，需要投入大量劳动力且对环境影响大的问题，提供了一种装配式防撞护栏、施工方法及桥梁。
7.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
8.一种装配式防撞护栏，包含装配式外壳和钢筋笼；所述装配式外壳包含内侧挡板和外侧挡板；所述内侧挡板和所述外侧挡板并排且间隔设置；所述钢筋笼设置于所述外侧挡板和所述内侧挡板之间；所述外侧挡板和所述内侧挡板之间填充有混凝土结构；所述外侧挡板的底部能够连接于边主梁；所述内侧挡板的底部能够连接于桥面板钢筋。
9.外侧挡板和内侧挡板的具体形状、尺寸和间距根据实际需求和防撞护栏设计规范进行设计；外侧挡板和内侧挡板可以采用各种韧性较好，且防撞击能力较强的材质，如钢板或高强度高韧性混凝土薄板；外侧挡板和内侧挡板宜采用工厂预制的方式进行制作。
10.外侧挡板底部与边主梁的连接参考现有连接方式，可以是如焊接连接或螺纹连接的方式；外侧挡板底部与边主梁的具体连接结构视所采用的连接方式和边主梁的结构而定；内侧挡板与桥面板钢筋的连接参考现有连接方式，可以是如焊接连接的方式；若内侧挡
板采用了非金属构件，则可以在内侧挡板上设置用于焊接桥面板钢筋的金属结构。
11.外侧挡板和内侧挡板之间填充的混凝土标号根据实际需求和工程施工现场的实际情况选取。
12.装配式外壳和钢筋笼的长度根据工程施工现场的实际情况，如吊装和运输能力而定；若单个装配式外壳和钢筋笼的长度不足以满足使用要求，可沿桥梁纵向设置多个装配式外壳和对应的钢筋笼。
13.钢筋笼用作防撞护栏的内部受力骨架，其设计参考现有技术以及装配式外壳的具体形状设计，可以采用如纵向钢筋和轮廓箍筋的组合；钢筋笼相对桥梁的固定方式可以参考现有技术，如将钢筋笼连接于桥面板钢筋。
14.本方案的装配式防撞护栏包含内侧挡板和外侧挡板，且外侧挡板能够连接于边主梁、内侧挡板能够连接于桥面板钢筋；施工时，将钢筋笼连接于桥梁、外侧挡板连接于边主梁、内侧挡板连接于桥面板钢筋，随后即将外侧挡板和内侧挡板直接作为混凝土灌注的支撑结构，向外侧挡板和内侧挡板之间浇筑混凝土并养护即可完成防撞护栏的施工；从而能够实现无支架、无模板的快速施工，一方面能减少施工过程中对桥梁交通及周围环境的干扰，并有效避免传统防撞护栏的立模现浇施工带来的支架模板消耗高、受环境影响大的问题；另一方面还能降低防撞护栏施工工序的复杂度，从而加快施工速度、减少人力资源的投入。
15.且本方案的装配式外壳和钢筋笼可以进一步地采用工厂分段预制的方式进行制作，从而降低本方案的装配式防撞护栏单个组件的重量和尺寸，能够方便运输以及吊装，有利于促进桥梁全装配化建造技术的发展；同时采用工厂预制的方式还有益于提高装配式外壳和钢筋笼的加工精度，从而提高施工质量。
16.作为本发明的优选方案，所述钢筋笼和桥面板钢筋之间以及所述钢筋笼和边主梁顶部之间均相互连接。
17.钢筋笼与边主梁顶部之间的连接方式根据实际情况而定，如若边主梁为工字钢梁，则钢筋笼可直接与边主梁顶板焊接连接；若边主梁为混凝土梁，则可在边主梁顶部预埋金属连接件并与钢筋笼焊接连接，或利用边主梁预埋钢筋与钢筋笼焊接连接。
18.本方案能通过钢筋笼将防撞护栏、桥面板和边主梁联系在一起，从而使防撞护栏、桥面板和边主梁能够在竖直截面上协同受力，共同抵抗外部荷载。
19.作为本发明的优选方案，所述钢筋笼为预制构件。
20.本方案的钢筋笼为预制化构件，从而能减少工程施工现场的钢筋捆扎作业量，进而减少人力资源的投入，加快施工速度。
21.作为本发明的优选方案，所述钢筋笼还包含纵向钢筋；所述纵向钢筋沿所述装配式外壳的长度方向设置；所述纵向钢筋的两端分别伸出所述装配式外壳的两端。
22.本方案能使沿桥梁纵向相邻的两个钢筋笼能通过纵向钢筋的相互搭接从而稳固连接，进而实现沿桥梁纵向相邻的两个装配式防撞护栏的连接。
23.作为本发明的优选方案，所述内侧挡板的底部设置有第一包边角钢；所述第一包边角钢沿纵桥向方向设置；所述内侧挡板沿桥梁纵向的两端和所述外侧挡板沿桥梁纵向的两端均设置有第二包边角钢；所述第二包边角钢沿所述内侧挡板和所述外侧挡板对应的边缘设置。
24.第一包边角钢可以沿内侧挡板的底部通长设置，也可以不通长设置；第二包边角钢同样可以沿内侧挡板或外侧挡板两端的边缘通长设置，或不通长设置；第一包边角钢和第二包边角钢的具体长度和尺寸根据实际需求而定。
25.本方案在内侧挡板的底部设置第一包边角钢，以及内侧挡板和外侧挡板的两端均设置第二包边角钢，一方面可以对内侧挡板和外侧挡板的对应边缘起到防护作用，避免磕伤；另一方面可以方便通过第一包边角钢将内侧挡板与桥面板钢筋焊接连接，以及通过焊接对应的第二包边角钢，将沿桥梁纵向相邻的两个内侧挡板或外侧挡板焊接连接，尤其是适用于内侧挡板和外侧挡板不采用钢结构而难以直接焊接的情形。
26.作为本发明的优选方案，所述装配式外壳顶部还包含顶部夹具；所述顶部夹具两端分别连接于所述内侧挡板与所述外侧挡板；所述顶部夹具用于防止所述内侧挡板与所述外侧挡板相互远离或偏转。
27.顶部夹具的具体结构根据实际需求而定，只要能防止内侧挡板与外侧挡板相互远离或偏转即可。，但不应阻碍向装配式防撞护栏浇筑混凝土的操作；可以采用如使顶部夹具沿桥梁纵向间隔分布，或在夹具上设置浇筑孔等方式避免对混凝土的浇筑操作造成阻碍。
28.本方案可以保证内侧挡板和外侧挡板在施工过程，尤其是混凝土浇筑过程中的稳定性，避免内侧挡板和外侧挡板在外力作用下，如混凝土的压力下分别向两侧位移或倾倒，从而造成装配式外壳变形的情况。
29.作为本发明的优选方案，所述外侧挡板的底部设置有z形弯折部；所述z形弯折部用于连接边主梁的外缘。
30.z形弯折部的形状参考钣金规范，包含一个连接于外侧挡板底部的第一直角折弯部，和连接于第一直角折弯部另一端且朝向相反的第二直角折弯部；z形弯折部的具体尺寸根据外侧挡板所要连接的边主梁的具体形状而定；z形弯折部可以采用各种方式与边主梁的外侧连接，如焊接或螺栓连接。
31.本方案是其中一种外侧挡板和边主梁的外缘连接的具体结构；由于常见的边主梁分别为工字形钢主梁和t形混凝土主梁，因此z形弯折部能够适应现有绝大部分边主梁；同时，z形弯折部相较于其它形状，如l形部，在连接于边主梁的外缘后还能对边主梁的外缘起到防护作用，避免雨水对边主梁的外缘产生侵蚀。
32.作为本发明的优选方案，所述外侧挡板和所述内侧挡板之间的混凝土结构由自密实混凝土灌注而成。
33.本方案采用自密实混凝土灌注混凝土结构；自密实混凝土能够依靠自身重力和流动性均匀自密实填满装配式外壳，无需振捣，有效降低对环境地噪音污染，具有环境友好属性。
34.一种装配式防撞护栏的施工方法，应用于本发明的一种装配式防撞护栏，包含如下步骤：
35.a、将钢筋笼设置于桥梁预定位置；
36.b、将外侧挡板连接于边主梁的外缘；将内侧挡板连接于桥面板钢筋；将夹具的两端分别连接于所述外侧挡板和所述内侧挡板；
37.c、向所述外侧挡板和所述内侧挡板之间灌注混凝土。
38.在步骤a和步骤b中，可以先将整个桥梁的钢筋笼都安装就位后，再安装外侧挡板
和内侧挡板，也可以分段安装钢筋笼和对应的外侧挡板及内侧挡板。
39.步骤c后需要对混凝土进行养护直至装配式防撞护栏成型。
40.本方案的装配式防撞护栏的施工方法，利用了外侧挡板和内侧挡板作为混凝土的浇筑模板，从而能实现无支架、无模板的快速施工，从而减少施工过程中对桥梁交通及周围环境的干扰，并避免支架模板消耗高、受环境影响大的问题；还能加快施工速度、减少人力资源的投入。
41.一种桥梁，包含若干桥跨和本发明的一种装配式防撞护栏；所述装配式防撞护栏沿所述桥梁纵向分布；沿所述桥梁纵向相邻且位于同一所述桥跨上的两个所述装配式防撞护栏固定连接；沿所述桥梁纵向相邻但分别位于不同所述桥跨上的两个所述装配式防撞护栏不固定连接。
42.本方案的桥梁采用了本发明的装配式防撞护栏，能够实现防撞护栏的无支架无模板施工，从而减少施工过程中对桥梁交通及周围环境的干扰，并有效避免传统防撞护栏的立模现浇施工带来的支架模板消耗高、受环境影响大的问题，并降低防撞护栏施工工序的复杂度，从而加快施工速度、减少人力资源的投入；
43.同时本方案的桥梁同一桥跨上沿桥梁纵向相邻的装配式防撞护栏均首尾相连，从而能保证同一桥跨上装配式防撞护栏的连续性，使装配式防撞护栏能够参与主梁受力，从而增强桥梁的承载能力，有利于降低桥梁的重量和材料消耗。
44.作为本发明的优选方案，所述装配式外壳沿桥梁横向的宽度为w；650mm≤w≤850mm。
45.本方案推荐的宽度相比现有技术更宽；加宽装配式防撞护栏的宽度虽然会增加其自重，从而对桥梁结构的受力产生不利影响，但同时也对边主梁的中性轴的抗弯惯性矩贡献更大，可为桥梁结构提供更大的抗弯承载能力提升桥梁的承载能力；若将装配式防撞护栏自重增加引起的主梁受力效应记为δw，将装配式防撞护栏加宽对主梁的承载能力贡献记为δr，则本方案推荐的防撞护栏宽度值能够使δr大于δw，从而使本方案能够提升桥梁的承载能力。
46.同时本方案推荐的宽度还能使装配式防撞护栏的质心与边主梁的质心尽可能地位于同一竖直平面内，从而使装配式防撞护栏和边主梁在梁高方向行成叠合结构体系，装配式防撞护栏能够参与边主梁的受力，进一步提高桥梁整体的承载能力。
47.综上，本方案推荐的宽度能提高桥梁的承载能力，从而有利于对桥梁的结构尺寸进行优化，减少桥梁的重量和材料消耗，具有突出的经济性优势。
48.本方案推荐的宽度还能使装配式防撞护栏位于边主梁叠合体系的受压区，从而充分发挥混凝土材质抗压强度高的优势，缓解和过渡装配式防撞护栏下方边主梁的压应力水平，同时减少装配式防撞护栏开裂的风险，具有良好的耐久性，减少运营成本；且相比现有技术加宽还能方便增强装配式防撞护栏与桥梁连接，从而最大限度减小装配式防撞护栏与边主梁之间的滑移和脱空风险。
49.本方案推荐的宽度还能使本方案的装配式防撞护栏具有更强的抗车辆撞击能力，能减少极端情况下车辆撞断装配式防撞护栏从而翻越到桥下的风险。
50.作为本发明的优选方案，所述装配式防撞护栏顶部设置有沿所述桥梁横向的假缝；所述假缝沿桥梁纵向间隔设置；所述假缝的深度为dg；所述假缝沿所述桥梁纵向的宽度
为wg；20mm≤dg≤30mm；2mm≤wg≤4mm。
51.假缝的具体参数和数量根据工程施工现场的实际情况而定。
52.本方案在装配式防撞护栏顶部设置假缝并推荐了假缝的宽度和深度，能在不削弱装配式防撞护栏截面，且不影响装配式防撞护栏和边主梁的叠合工作机制的情况下，容许装配式防撞护栏在环境温度的作用下自由伸缩变形。
53.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
54.1、本方案的装配式防撞护栏包含内侧挡板和外侧挡板，且外侧挡板能够连接于边主梁、内侧挡板能够连接于桥面板钢筋；施工时，将钢筋笼连接于桥梁、外侧挡板连接于边主梁、内侧挡板连接于桥面板钢筋，随后即将外侧挡板和内侧挡板直接作为混凝土灌注的支撑结构，向外侧挡板和内侧挡板之间浇筑混凝土并养护即可完成防撞护栏的施工；
55.从而能够实现无支架、无模板的快速施工，一方面能减少施工过程中对桥梁交通及周围环境的干扰，并有效避免传统防撞护栏的立模现浇施工带来的支架模板消耗高、受环境影响大的问题；另一方面还能降低防撞护栏施工工序的复杂度，从而加快施工速度、减少人力资源的投入。
56.若进一步地采用工厂分段预制的方式对本方案的装配式防撞护栏进行制作，还能降低本方案的装配式防撞护栏单个组件的重量和尺寸，从而方便运输以及吊装，有利于促进桥梁全装配化建造技术的发展；
57.同时采用工厂预制的方式还有益于提高装配式外壳和钢筋笼的加工精度，从而提高施工质量。且本方案还可以进一步地采用自密实混凝土对混凝土结构进行灌注，自密实混凝土能够依靠自身重力和流动性均匀自密实填满装配式外壳，无需振捣，有效降低对环境地噪音污染，具有环境友好属性。
58.2、本方案的装配式防撞护栏的施工方法，利用了外侧挡板和内侧挡板作为混凝土的浇筑模板，从而能实现无支架、无模板的快速施工，从而减少施工过程中对桥梁交通及周围环境的干扰，并避免支架模板消耗高、受环境影响大的问题；还能加快施工速度、减少人力资源的投入。
59.3、本方案的桥梁采用了本发明的装配式防撞护栏，能够实现防撞护栏的无支架无模板施工，从而减少施工过程中对桥梁交通及周围环境的干扰，并有效避免传统防撞护栏的立模现浇施工带来的支架模板消耗高、受环境影响大的问题，并降低防撞护栏施工工序的复杂度，从而加快施工速度、减少人力资源的投入；
60.同时本方案的桥梁同一桥跨上沿桥梁纵向相邻的装配式防撞护栏均首尾相连，从而能保证同一桥跨上装配式防撞护栏的连续性，使装配式防撞护栏能够参与主梁受力，从而增强桥梁的承载能力，有利于降低桥梁的重量和材料消耗。
61.4、本方案还推荐了装配式防撞护栏的宽度为650～850毫米，相比现有技术更宽，虽然会增加其自重，从而对桥梁结构的受力产生不利影响，但同时也对边主梁的中性轴的抗弯惯性矩贡献更大，可为桥梁结构提供更大的抗弯承载能力提升桥梁的承载能力；若将装配式防撞护栏自重增加引起的主梁受力效应记为δw，将装配式防撞护栏加宽对主梁的承载能力贡献记为δr，则本方案推荐的防撞护栏宽度值能够使δ
62.r大于δw，从而使本方案能够提升桥梁的承载能力。同时本方案推荐的宽度还能使装配式防撞护栏的质心与边主梁的质心尽可能地位于同一竖直平面内，从而使装配式防
撞护栏和边主梁在梁高方向行成叠合结构体系，装配式防撞护栏能够参与边主梁的受力，进一步提高桥梁整体的承载能力。
63.综上，本方案推荐的宽度能提高桥梁的承载能力，从而有利于对桥梁的结构尺寸进行优化，减少桥梁的重量和材料消耗，具有突出的经济性优势。且相比现有技术加宽还能方便增强装配式防撞护栏与桥梁连接，从而最大限度减小装配式防撞护栏与边主梁之间的滑移和脱空风险。
64.本方案推荐的宽度还能使装配式防撞护栏位于边主梁叠合体系的受压区，从而充分发挥混凝土材质抗压强度高的优势，缓解和过渡装配式防撞护栏下方边主梁的压应力水平，同时减少装配式防撞护栏开裂的风险，具有良好的耐久性，减少运营成本。
65.本方案推荐的宽度还能使本方案的装配式防撞护栏具有更强的抗车辆撞击能力，能减少极端情况下车辆撞断装配式防撞护栏从而翻越到桥下的风险。
附图说明
66.图1是本发明的一种装配式防撞护栏与混凝土边主梁连接状态且隐藏钢筋笼的横断面示意图；
67.图2是本发明的一种装配式防撞护栏与工字钢边主梁连接状态且隐藏钢筋笼的横断面示意图；
68.图3是本发明的一种装配式防撞护栏与混凝土边主梁连接状态的横断面示意图；
69.图4是本发明的一种装配式防撞护栏与工字钢边主梁连接状态的横断面示意图；
70.图5是第一接口钢筋与桥面板钢筋的焊接连接示意图；
71.图6是第二接口钢筋和边主梁预埋钢筋的焊接连接示意图；
72.图7是本发明的一种装配式防撞护栏从外侧挡板看向内侧挡板的侧视示意图；
73.图8是两个本发明的装配式防撞护栏相连状态的侧视示意图；
74.图9是本发明的一种桥梁的侧视示意图；
75.图10是断缝处的局部放大示意图；
76.图11是图9中ⅰ处的局部放大示意图；
77.图12是实施例2用作算例的桥梁的横断面示意图；
78.图13是实施例2用作算例的桥梁的侧视示意图；
79.图标：1-装配式外壳；2-钢筋笼；3-混凝土结构；4-桥跨；5-桥面板；51-桥面板钢筋；6-边主梁；61-边主梁顶板；62-边主梁预埋钢筋；101-内侧挡板；102-外侧挡板；103-第一包边角钢；104-第二包边角钢；105-紧闭螺栓；106-顶部夹具；107-加劲肋板；108-填充物；109-假缝；201-纵向钢筋；202-轮廓箍筋；203-第一接口钢筋；204-第二接口钢筋。
具体实施方式
80.下面结合附图，对本发明作详细的说明。
81.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
82.实施例1
83.如图1至图8所示，本实施例采用的一种装配式防撞护栏，包含装配式外壳1和钢筋笼2；装配式外壳1包含内侧挡板101和外侧挡板102；内侧挡板101和外侧挡板102并排且间隔设置；钢筋笼2设置于外侧挡板102和内侧挡板101之间；外侧挡板102和内侧挡板101之间填充有混凝土结构3；外侧挡板102的底部能够连接于边主梁6；内侧挡板101的底部能够连接于桥面板钢筋51。
84.具体地，外侧挡板102和内侧挡板101均为工厂预制构件；且单个外侧挡板102和单个内侧挡板101的长度为ls，2m≤ls≤4m，从而能够方便制造、运输和吊装。
85.在外侧挡板102的底部设置有z形弯折部；z形弯折部用于连接边主梁6的外缘；具体地，在z形弯折部的水平面上设置有若干沿外侧挡板102长度方向间隔分布的安装通孔；当外侧挡板102连接于边主梁6时，z形弯折部与边主梁6的外缘贴合，并在各安装通孔中插入封闭螺栓，从而通过封闭螺栓将外侧挡板102与边主梁6连接；且z形弯折部的下边缘低于边主梁顶板61的下底面，从而能起到雨水防护作用，减少雨水对边主梁6的侵蚀。
86.在z形弯折部背离内侧挡板101的一面，还设置有加劲肋板107，从而对外侧挡板102起到沿桥梁横向的支撑作用，避免在外侧挡板102和内侧挡板101之间浇筑混凝土时，混凝土挤压外侧挡板102内壁，造成外侧挡板102面外变形和局部失稳问题；同时，加劲肋板107还能增大本实施例的防撞护栏整体的抗扭惯性矩，提高了防撞护栏在车辆撞击场景下的抗倾覆能力；加劲肋板107的材质与外侧挡板102的材质相同，如当外侧挡板102为钢结构，则加劲肋板107也选用钢结构，并焊接于外侧挡板102；当外侧挡板102为高强高韧性混凝土材质时，加劲肋板107也采用混凝土材质，并与外侧挡板102在同一模具中预制成型。
87.内侧挡板101为失控车辆的迎撞面，其外形如图1至图4所示，按照相关规范的防撞等级要求进行设计；在内侧挡板101的底部设置有第一包边角钢103；具体的，第一包边角钢103设置于内侧挡板101背离外侧挡板102的一侧，从而避免对混凝土的流动造成困难；同时，内侧挡板101能够通过第一包边角钢103与桥面板钢筋51焊接连接，具体地，本实施例的内侧挡板101通过第一包边角钢103与桥面板钢筋51中的横向钢筋焊接连接。
88.内侧挡板101沿桥梁纵向的两端和外侧挡板102沿桥梁纵向的两端均设置有第二包边角钢104，从而能方便沿桥梁纵向相邻的两个外侧挡板102或内侧挡板101通过第二包边角钢104的焊接实现稳固连接。
89.装配式外壳1顶部还包含顶部夹具106；顶部夹具106用于防止内侧挡板101与外侧挡板102相互远离；具体地，夹具沿桥梁横向设置，其两端的形状分别于与外侧挡板102顶部和内侧挡板101顶部的形状对应，从而能以其两端分别扣合于外侧挡板102的顶部和内侧挡板101的顶部，并防止外侧挡板102和内侧挡板101相互远离；对于本实施例，夹具的数量大于一，夹具沿内侧挡板101的长度方向间隔分布，从而可以利用两个夹具之间的间距向外侧挡板102和内侧挡板101之间浇筑混凝土；本实施例在浇筑混凝土时使用标号c30～c50的自密实混凝土，可实现自动密实，不需要人工振捣来辅助密实，节约了人工劳动力，且免振捣施工极大减小了施工噪音，环境友好。
90.钢筋笼2包含纵向钢筋201和轮廓箍筋202；纵向钢筋201沿装配式外壳1的长度方向设置，用于代替部分混凝土承受拉压应力，提高防撞护栏承载能力和提高防撞护栏结构的抗冲击韧性，其具体数量、之间等参数根据外荷载，如自重和车辆荷载以及防撞护栏与边主梁6的叠合承载能力确定；轮廓箍筋202沿装配式外壳1的横断面设置，并沿装配式外壳1
的长度方向间隔分布，其形状贴合装配式外壳1的内壁，但轮廓箍筋202边线与装配式外壳1内壁的净距应满足相关规范要求；轮廓箍筋202一方面提供防撞护栏结构的抗剪承载力，另一方面与纵向受力钢筋共同形成钢筋骨架，吊装安装时提供一定的刚度，防止预制钢筋笼2单元在运输和吊装过程中产过大变形。
91.钢筋笼2也是工厂预制构件，单个钢筋笼2的长度为lc，lc与单个外侧挡板102或单个内侧挡板101的长度ls对应，即2m≤lc≤4m；但纵向钢筋201的两端均超出外侧挡板102或内侧挡板101的两端10～20cm，从而使沿桥梁纵向相邻的两个钢筋笼2通过纵向钢筋201的相互搭接从而稳固连接。
92.在钢筋笼2中还设置有第一接口钢筋203和第二接口钢筋204；第一接口钢筋203和第二接口钢筋204均沿装配式外壳1的横断面设置，且沿装配式外壳1的长度方向间隔分布；其中，单个第一接口钢筋203如图5所示呈直角梯形，并与桥面板钢筋51中的横向钢筋焊接连接；单个第二接口钢筋204如图6所示呈矩形，并与边主梁6的顶部焊接连接；具体地，若边主梁6为工字钢梁，则第二接口钢筋204直接与边主梁顶板61焊接连接；若边主梁6为混凝土梁，则第二接口钢筋204与边主梁预埋钢筋62焊接连接。
93.在对本实施例的装配式防撞护栏进行施工时，可参照以下步骤：
94.a、工厂分段预制装配式外壳1和钢筋笼2，并将装配式外壳1和钢筋笼2运抵工程施工现场；
95.b、将钢筋笼2设置于预定位置，并将第一接口钢筋203和桥面板钢筋51中的横向钢筋焊接连接、将第二接口钢筋204与边主梁顶板61或边主梁预埋钢筋62连接，从而实现钢筋笼2的安装定位；对于沿桥梁纵向相邻的两个钢筋笼2，搭接相邻两个钢筋笼2对应端部的纵向钢筋201并焊接，从而实现相邻的两个钢筋笼2的连接；
96.c、将装配式外壳1设置于预定位置，其中外侧挡板102的z形弯折部与边主梁6的顶部和外侧边缘贴合，在通过紧闭螺栓105将z形弯折部与边主梁6连接；内侧挡板101通过其第一包边角钢103和桥面板5的顶层钢筋焊接连接；
97.d、在装配式外壳1的顶部安装夹具；夹具沿装配式外壳1的长度方向间隔设置；从相邻两个夹具之间的开口向装配式外壳1内灌注自密实混凝土，从而形成混凝土结构3；完成浇筑后，在装配式外侧的顶部覆盖厚型塑料薄膜，自然养护至防撞护栏成型。
98.实施例2
99.如图8至图11所示，本实施例所采用的一种桥梁，包含若干桥跨4和实施例1中的一种装配式防撞护栏；装配式防撞护栏沿桥梁纵向分布；沿桥梁纵向相邻且位于同一桥跨4上的两个装配式防撞护栏固定连接；沿桥梁纵向相邻但分别位于不同桥跨4上的两个装配式防撞护栏不固定连接。
100.具体地，如图8和图9所示，同一个桥跨4上的各装配式防撞护栏均首尾相连，并通过焊接对应的第二包边角钢104的连接在一起；分别处于两个桥跨4上但沿桥梁纵向相邻的两个装配式防撞护栏不直接相连，而只如图10所示，在两个装配式防撞护栏之间填入如泡沫塑料的填充物108。
101.同时，由于本实施例位于同一桥跨4上的各装配式防撞护栏之间均相互连接而不设置断缝，为了容许装配式防撞护栏能够在环境温度的影响下自由伸缩变形，在装配式防撞护栏顶部还设置有沿桥梁横向贯通装配式防撞护栏的假缝109；具体地，如图11所示，假
缝109的深度为dg；假缝109沿桥梁纵向的宽度为wg；20mm≤dg≤30mm；2mm≤wg≤4mm；在假缝109顶部边缘使用砂轮打磨倒角，从而避免应力集中。
102.为了进一步确保装配式防撞护栏和边主梁6的连接可靠，从而确保装配式防撞护栏和边主梁6协同受力，防止连接层的剪切滑移，本实施例还在边主梁6上设置额外的抗剪连接件与装配式防撞护栏连接；具体地，对于混凝土材质的边主梁6，则可在边主梁6的顶部预埋能够伸入装配式防撞护栏的抗剪钢筋；对于钢结构边主梁6，可在边主梁6的顶面设置能够伸入装配式防撞护栏的抗剪栓钉或带孔抗剪钢板。
103.如图1和图2所示，本实施例的装配式防撞护栏的宽度为w，w＝750mm，从而提高桥梁的承载能力；具体证明步骤如下：
104.以混凝土t形梁作为案例，如图12和图13所示，其中ⅱ处是受压钢筋合力作用点，ⅲ处是受拉钢筋合力作用点，ⅳ处是受压钢筋，
ⅴ
处是受拉钢筋；装配式防撞护栏的宽度为b，护栏高度为h、边主梁顶板61的宽度为b、主梁的高度为h、受拉钢筋合力作用点至主梁底部距离为as、受压钢筋合力作用点至主梁顶部距离为a’s、受拉钢筋截面面积为as、受压钢筋截面面积为a’s、混凝土抗压强度设计值为fcd、钢筋抗拉/抗压强度设计值为fsd；
105.对于简支梁结构，由装配式防撞护栏自重引起的主梁弯矩受力效应为：
106.δw＝γbhl2/8
107.式中：γ为护栏混凝土的容重，l为主梁跨径。
108.装配式防撞护栏对主梁的承载能力提升记为δr，其为考虑装配式防撞护栏后的抗弯承载力r1与不考虑装配式防撞护栏时抗弯承载能力r2的差值：
109.δr＝r1-r2
110.装配式防撞护栏宽度的最佳设计范围要求，δr＞δw,即桥梁承载力的提升效应大于由自重增加而带给桥梁的不利效应。
111.其中，不考虑装配式防撞护栏时抗弯承载能力r2计算过程如下：
112.根据力学平衡原理：
113.f
cd
bx
′
+f
sda′
s＝f
sd
as
114.则不考虑装配式防撞护栏时的主梁受压区高度:
[0115][0116]
对受拉区钢筋合力作用点取矩可得到不考虑装配式防撞护栏时抗弯承载能力:
[0117]
r2＝f
cd
bx
′
(h-0.5x
′‑
as)+f
sda′
s(h-as-a
′
s)
[0118]
考虑装配式防撞护栏时抗弯承载能力r1计算过程如下：
[0119]
根据力学平衡原理：
[0120]fcd
bh+f
cd
bx+f
sda′
s＝f
sd
as
[0121]
则考虑装配式防撞护栏时的主梁受压区高度:
[0122][0123]
对受拉区钢筋合力作用点取矩可得到考虑装配式防撞护栏时抗弯承载能力:
[0124]
r1＝f
cd
bh(h+h-as)+f
cd
bx(h-0.5x-as)+f
sda′
s(h-as-a
′
s)
[0125]
则：
[0126]
δr＝r1-r2＝f
cd
bh(h+h-as)+f
cd
bx(h-0.5x-as)-f
cd
bx
′
(h-0.5x
′‑
as)
[0127]
代入x和x’可得：
[0128][0129]
令f(b)＝δr-δw，则：
[0130][0131]
由于装配式防撞护栏高度考虑防撞需求和规范要求，其高度h不可变动；所以在上式中，主梁跨径、主梁高度、主梁宽度、装配式防撞护栏高度、钢筋位置及面积等参数一经计入即为常数，上式变为装配式防撞护栏宽度的函数。
[0132]
对f(b)求导可得：
[0133][0134]f′
(b)是关于b的一次函数，令f
′
(b)＝0，有唯一解：
[0135]
b＝b
*
[0136]
当b＜b
*
，f
′
(b)＞0，f(b)单调递增；当b＞b
*
，f
′
(b)＜0，f(b)单调递减；则b＝b
*
为f(b)的极大值点，此时δr-δw最大，装配式防撞护栏能够充分发挥对主梁的承载能力提升，使其对桥梁承载力的提升效应大于由自重增加而带给桥梁的不利效应。
[0137]
经过不同结构(混凝土t梁、混凝土箱梁、工字钢梁)，不同跨径(20～40m)的计算分析，装配式防撞护栏宽度最佳值b
*
宜为65cm～85cm，本实施例取中间值75cm。
[0138]
为了验证本实施例所采用的桥梁在承载能力上的提升，本实施例还计算了安装本实施例的装配式防撞护栏的桥梁与采用了普通防撞护栏的桥梁的受力区别，具体算例如下：
[0139]
算例一：
[0140]
钢板组合梁，采用工字形钢主梁；钢板组合梁的长度和宽度分别为30m和20.75m，单向四车道设计，荷载等级为公路
‑ⅰ
级。
[0141]
当该桥梁采用本实施例的装配式防撞护栏，装配式防撞护栏的参数如上所说，宽度和自重分别为750mm和20kn/m。
[0142]
当该桥梁采用普通防撞护栏，普通防撞护栏的宽度和自重分别为500mm和12kn/m。
[0143]
对该桥梁进行仿真计算得到的结构响应如下：
[0144]
当该桥梁采用本实施例的装配式防撞护栏，正常使用阶段钢主梁跨中应力为154mpa，车辆作用下钢主梁的跨中变形为17mm，结构基频为3.19hz；
[0145]
当该桥梁采用普通防撞护栏，正常使用阶段钢主梁跨中应力为196mpa，车辆作用下钢主梁的跨中变形为24mm，结构基频为2.41hz；
[0146]
由本算例可知，本实施例的装配式防撞护栏虽然比普通防撞护栏更重，但由于装配式防撞护栏和边主梁6在梁高方向行成叠合结构体系，因此采用了本实施例的装配式防撞护栏的方案，相比于采用了普通防撞护栏的方案，能够减少钢主梁在正常实用阶段的应力约21％，使钢主梁的应力水平大幅度降低，提供了主梁受力安全性；同时在车辆作用下的
变形减少约29％，使桥梁结构刚度提升，抗变形能力更强；结构基频增大约32％，表明采用了本实施例的装配式防撞护栏的方案整体刚度更好。
[0147]
算例二：
[0148]
混凝土t形梁，采用t形混凝土梁作为主梁；混凝土t形梁的长度和宽度分别为30m和12.6m，单向三车道设计，荷载等级为公路
‑ⅰ
级。
[0149]
当该桥梁采用本实施例的装配式防撞护栏，装配式防撞护栏的参数如上所说，宽度和自重分别为750mm和20kn/m。
[0150]
当该桥梁采用普通防撞护栏，普通防撞护栏的宽度和自重分别为500mm和12kn/m。
[0151]
对该桥梁进行仿真计算得到的结构响应如下：
[0152]
当该桥梁采用本实施例的装配式防撞护栏，正常使用阶段t形混凝土梁跨中下缘应力为-9.7mpa，车辆作用下t形混凝土梁的跨中变形为6.46mm，结构基频为5.39hz；
[0153]
当该桥梁采用普通防撞护栏，正常使用阶段t形混凝土梁跨中下缘应力为-9.2mpa，车辆作用下t形混凝土梁的跨中变形为11.98mm，结构基频为4.83hz；
[0154]
由本算例可知，本实施例的装配式防撞护栏虽然比普通防撞护栏更重，但由于装配式防撞护栏和边主梁6在梁高方向行成叠合结构体系，因此采用了本实施例的装配式防撞护栏的方案，相比于采用了普通防撞护栏的方案，t形混凝土梁在正常使用阶段的下缘压应力储备更高，提高了约5.4％，减小了t形混凝土梁的受拉开裂风险；在车辆作用下的变形减少约46％，使桥梁结构刚度提升，抗变形能力更强；结构基频增大约12％，表明采用了本实施例的装配式防撞护栏的方案整体刚度更好。
[0155]
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种装配式防撞护栏，其特征在于，包含装配式外壳(1)和钢筋笼(2)；所述装配式外壳(1)包含内侧挡板(101)和外侧挡板(102)；所述内侧挡板(101)和所述外侧挡板(102)并排且间隔设置；所述钢筋笼(2)设置于所述外侧挡板(102)和所述内侧挡板(101)之间；所述外侧挡板(102)和所述内侧挡板(101)之间还填充有混凝土结构(3)；所述外侧挡板(102)的底部能够连接于边主梁(6)；所述内侧挡板(101)的底部能够连接于桥面板钢筋(51)。2.根据权利要求1所述的一种装配式防撞护栏，其特征在于，所述钢筋笼(2)和桥面板钢筋(51)之间以及所述钢筋笼(2)和所述边主梁(6)顶部之间均相互连接。3.根据权利要求1至2中任何一项所述的一种装配式防撞护栏，其特征在于，所述钢筋笼(2)还包含纵向钢筋(201)；所述纵向钢筋(201)沿所述装配式外壳(1)的长度方向设置；所述纵向钢筋(201)的两端分别伸出所述装配式外壳(1)的两端。4.根据权利要求1至2中任何一项所述的一种装配式防撞护栏，其特征在于，所述内侧挡板(101)的底部设置有第一包边角钢(103)；所述第一包边角钢(103)沿纵桥向方向设置；所述内侧挡板(101)沿桥梁纵向的两端和所述外侧挡板(102)沿桥梁纵向的两端均设置有第二包边角钢(104)；所述第二包边角钢(104)沿所述内侧挡板(101)和所述外侧挡板(102)对应的边缘设置。5.根据权利要求1至2中任何一项所述的一种装配式防撞护栏，其特征在于，所述装配式外壳(1)顶部还包含顶部夹具(106)；所述顶部夹具(106)两端分别连接于所述内侧挡板(101)与所述外侧挡板(102)；所述顶部夹具(106)用于防止所述内侧挡板(101)与所述外侧挡板(102)相互远离或偏转。6.根据权利要求1至2中任何一项所述的一种装配式防撞护栏，其特征在于，所述外侧挡板(102)的底部设置有z形弯折部；所述z形弯折部用于连接所述边主梁(6)的外缘。7.一种装配式防撞护栏的施工方法，其特征在于，应用于如权利要求1至6中任何一种装配式防撞护栏，包含如下步骤：a.将钢筋笼(2)连接于桥梁预定位置；b.将外侧挡板(102)连接于边主梁(6)的外缘；将内侧挡板(101)连接于桥面板钢筋(51)；将夹具的两端分别连接于所述外侧挡板(102)和所述内侧挡板(101)；c.向所述外侧挡板(102)和所述内侧挡板(101)之间灌注混凝土。8.一种桥梁，包含若干桥跨(4)，其特征在于，还包含若干如权利要求1至6中任何一项所述的一种装配式防撞护栏；所述装配式防撞护栏沿所述桥梁纵向分布；位于同一所述桥跨(4)上且沿纵桥向相邻的两个所述装配式防撞护栏固定连接；分别位于不同所述桥跨(4)上且沿纵桥向相邻的两个所述装配式防撞护栏之间设置有断缝。9.根据权利要求8所述的一种桥梁，其特征在于，所述装配式外壳(1)沿桥梁横向的宽度为w；650mm≤w≤850mm。10.根据权利要求8所述的一种桥梁，其特征在于，所述装配式防撞护栏顶部设置有沿所述桥梁横向的假缝(109)；所述假缝(109)沿桥梁横向设置；所述假缝(109)的深度为dg；所述假缝(109)沿所述桥梁纵向的宽度为wg；20mm≤dg≤30mm；2mm≤wg≤4mm。

技术总结
本发明涉及桥梁建筑技术领域，提供了一种装配式防撞护栏、施工方法及桥梁，其中装配式防撞护栏包含装配式外壳和钢筋笼；所述装配式外壳包含内侧挡板和外侧挡板；所述内侧挡板和所述外侧挡板并排且间隔设置；所述钢筋笼设置于所述外侧挡板和所述内侧挡板之间；所述外侧挡板和所述内侧挡板之间填充有混凝土结构；所述外侧挡板的底部能够连接于边主梁；所述内侧挡板的底部能够连接于桥面板钢筋。使用该装配式防撞护栏，能解决现有防撞护栏施工工序复杂、作业量大，施工工时长，需要投入大量劳动力且对环境影响大的问题。且对环境影响大的问题。且对环境影响大的问题。


技术研发人员：王欢 许金华 牟廷敏 康玲 赵平 许智 陈俊 狄秉臻 龚振华 陈明 兰玉章 田子琪
受保护的技术使用者：四川成乐高速公路有限责任公司
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/16