一种用于既有圬工拱桥的防撞护栏结构及施工方法 |
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| 申请号 | CN202311228629.7 | 申请日 | 2023-09-21 | 公开(公告)号 | CN117266050A | 公开(公告)日 | 2023-12-22 |
| 申请人 | 成都大学; | 发明人 | 林智敏; 张慧玲; 陈小平; 邵俊虎; 张华; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于既有圬工拱桥的防撞护栏结构及施工方法，包括墙式防撞护栏、与墙式防撞护栏连接的L型护栏 基座 和设置在L型护栏基座下方的锚固 钢 管；L型护栏基座的顶部与拱桥上部齐平，L型护栏基座的顶部设置玻璃 纤维 格栅，玻璃纤维格栅的顶部设置铺装；锚固钢管包括圆柱形管体、设置在管体上端外周的开孔板、设置在管体下端的圆孔和设置在管体内部的 水 泥浆，锚固钢管与L型护栏基座 底板 垂直，既有拱桥拱上填料设置钻孔，所述锚固钢管的底部设置在钻孔里。本发明将 栏杆 与原 桥梁 形成整体式防撞结构，增强了整体的 稳定性 ，在 汽车 撞击 力 的作用下，结构协同 变形 ，整体受力，将抵抗力的作用范围大大拓展。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于既有圬工拱桥的防撞护栏结构，其特征在于，包括墙式防撞护栏(1)、与墙式防撞护栏(1)连接的L型护栏基座(2)和设置在L型护栏基座(2)下方的锚固钢管(3)； |
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| 说明书全文 | 一种用于既有圬工拱桥的防撞护栏结构及施工方法技术领域背景技术[0002] 随着社会经济的发展，公众对桥梁的安全防护有了更高的要求。由于早期建设的桥梁桥侧未设置防撞设施或者仅设置简易的防撞设施，防护能力较弱，因此需要大规模对建设年代较久远的桥梁防撞护栏进行改造提升。圬工拱桥集中建设于上世纪90年代以前，几乎所有的圬工拱桥都存在护栏防撞能力不足的问题，需在既有圬工拱桥防撞护栏进行提升。 [0003] 圬工拱桥的防撞护栏提升基本采用拆除原护栏，按防撞要求增设新护栏的提升方案。对于桥面以上的护栏部分，由于是重新建造的，因此无论采用何种结构形式均容易满足防撞要求。但新建护栏是否能可靠地将上部撞击力传递到原结构本身，是体现其防撞能力的关键。 [0004] 目前采用的方式是通过在护栏对应的桥梁顶部钻孔，放入钢筋与植筋胶形成预埋件，再通过预埋钢筋与新建钢筋混凝土防撞护栏钢筋相连后浇筑混凝土的方式使防撞护栏结构与桥梁上部结构形成统一受力的整体。该种方式广泛用于桥梁新旧结构的连接，对于钢筋混凝土结构来说，采用该种防撞护栏的提升方式是可靠的。但是由于圬工拱桥所采用建筑材料的特殊性，这种连接方式的可靠性无法充分得到保证。 [0005] 圬工拱桥多采用低标号混凝土或水泥浆与片石、卵石的混合材料，因此存在结构强度低、密实性差、材料分布不均匀等缺点。采用传统的植筋连接的方式，在钻孔施工时，存在植筋孔形状奇异、桥梁结构开裂等问题。护栏提升完成后，在遇到较大的撞击力时，由于钢筋锚固强度不足会出现钢筋拔出或锚固位置桥梁圬工材料局部破坏的问题。 发明内容[0006] 针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种用于既有圬工拱桥的防撞护栏结构及施工方法解决了现有技术中在既有圬工拱桥上增设栏杆时栏杆导致桥梁破坏和栏杆不稳固的问题。 [0010] 本发明的有益效果为：墙式防撞护栏和L型护栏基座的结合设计，能够有效吸收和分散碰撞力量，从而减少事故发生时对拱桥和车辆的损害，墙式防撞护栏作为主要的防撞装置，能够承受横向冲击力，并将其传递到L型护栏基座上，进一步分散和减轻冲击力； [0012] 锚固钢管通过与L型护栏基座底板垂直，以及在填料中设置钻孔并将锚固钢管底部固定其中，使得整个结构的锚固更加可靠，锚固钢管管体上端外周设置开孔板，与L型护栏基座形成PBL剪力键，以保证锚固钢管与基座的连接强度。 [0013] 进一步地，上述用于既有圬工拱桥的防撞护栏结构，墙式防撞护栏和L型护栏基座的材料为钢筋混凝土，墙式防撞护栏和L型护栏基座的钢筋固定连接，墙式防撞护栏(1)和L型护栏基座(2)的凝土标号一致。 [0014] 采用上述进一步方案的有益效果是：钢筋混凝土具有较高的抗拉强度和抗压强度，能够有效地承受外部荷载和力的作用，保证护栏结构的稳定性，两者的钢筋固定连接可以增强墙式防撞护栏和L型护栏基座之间的连接强度，使其成为一个整体结构，两者采用相同的凝土标号，确保它们具有相似的抗压强度和抗冲击能力，在施工中可以使用相同的施工工艺和材料，简化了施工过程，提高施工效率，缩短工期。 [0015] 进一步地，上述用于既有圬工拱桥的防撞护栏结构，L型护栏基座的下方设置成锯齿状结构。 [0016] 采用上述进一步方案的有益效果是：锯齿状结构可以增加护栏基座与桥梁结构之间的接触面积，提高它们之间的咬合力，可以增强护栏基座与桥梁结构的连接强度，在发生外部冲击或振动时，锯齿状结构能够有效地防止护栏基座与桥梁结构之间的位移和脱离，保持整个结构的完整性和稳定性。 [0017] 进一步地，上述用于既有圬工拱桥的防撞护栏结构，钻孔的孔径比锚固钢管的直径大1‑2cm，钻孔沿既有拱桥纵向间隔设置。 [0018] 采用上述进一步方案的有益效果是：通过在既有拱桥上进行钻孔，并使钻孔的孔径比锚固钢管的直径大1‑2cm，方便将锚固钢管放置到钻孔内，往锚固钢管内填水泥砂浆时，水泥砂浆由锚固钢管下端的孔洞流出后将锚固钢管和钻孔之间的缝隙完全填充，使锚固钢管与原有桥梁形成整体；钻孔沿既有拱桥纵向间隔设置，可以有效地分散护栏的受力点，减少局部应力集中，从而提高护栏的耐久性。 [0019] 进一步地，上述用于既有圬工拱桥的防撞护栏结构的施工方法，包括以下步骤： [0020] 拆除原圬工拱桥的防护结构，拆除部分侧墙、铺装以及拱上填料，按照L型护栏基座的结构尺寸在原圬工拱桥上开凿出相应的槽口； [0021] 在原圬工拱桥拱上填料锚固钢管所在位置进行钻孔； [0023] 将成品锚固钢管放入钻孔，保持锚固钢管竖直，由锚固钢管顶端由上至下灌入高强度水泥砂浆，将管壁与钻孔之间以及管体内部填满水泥砂浆； [0024] 布置桥面墙式防撞护栏以及L型护栏基座的钢筋，浇筑高强度混凝土，进行混凝土养生，L型护栏基座与锚固钢管形成PBL剪力键。 [0025] 采用上述进一步方案的有益效果是：通过拆除原有的防护结构，开凿槽口，并在拱上填料锚固钢管的位置进行钻孔，可以为新的防撞护栏提供更加稳固的基础；锚固钢管通过灌入高强度水泥砂浆，与钻孔之间以及管体内部填满水泥砂浆，使得防撞护栏与桥梁结构紧密连接，增强了整体的稳定性；新的防撞护栏采用桥面墙式防撞护栏以及L型护栏基座，将两者的钢筋绑扎在一起，再浇筑高强度混凝土，并进行混凝土养生，可以有效地提高防撞护栏的抗冲击能力，使其能够承受较大的冲击力，保护桥梁和行车安全。 [0026] 进一步地，上述用于既有圬工拱桥的防撞护栏结构的施工方法，在L型护栏基座的顶部铺设玻璃纤维格栅，在玻璃纤维格栅上设置桥面铺装。 [0027] 采用上述进一步方案的有益效果是：在防撞护栏和L型护栏基座浇筑完成之后，L型护栏基座和原桥梁的拱上填料之间的支承刚度有差异，会导致桥面产生反射裂缝，在L型护栏基座的顶部铺设玻璃纤维格栅，可以增加L型护栏基座和桥梁的整体刚度，玻璃纤维格栅可以分散车辆行驶时施加在桥面上的荷载，减少荷载对桥面的集中作用，有效地减缓或阻止反射裂缝的扩展，保护桥面的完整性和使用寿命；在玻璃纤维格栅上设置桥面铺装可以提供平整、光滑的行车表面，减少车辆在桥上行驶时的颠簸和震动，提高行车的舒适性，防止外界环境因素(如水、化学物质等)对桥梁结构的侵蚀和损害，延缓桥梁的老化。 [0028] 进一步地，上述用于既有圬工拱桥的防撞护栏结构的施工方法，采用轻型钻孔机械在原圬工拱桥拱上进行钻孔。 [0029] 采用上述进一步方案的有益效果是：轻型钻孔机械重量小，在施工过程中振动小，在施工过程中不会对桥梁结构造成额外的振动影响和压力，这对于保护桥梁的结构完整性和稳定性非常重要，尤其是对于老旧桥梁或具有文化价值的桥梁。 [0030] 本发明的有益效果是：常规既有圬工拱桥上的护栏采用植筋连接的方式，本发明不需在原桥结构上大面积钻孔，大大减小了施工难度、加快了施工进度。 [0031] 本发明通过桥面以上墙式护栏、L形护栏基座及预埋锚固钢管形成整体式防撞结构，在汽车撞击力的作用下，结构协同变形，整体受力，将抵抗力的作用范围大大拓展，避免了传统圬工拱桥上仅依靠桥面护栏底部与桥梁顶部的局部连接受力，而导致局部破坏，防撞击能力较弱的缺点。附图说明 [0032] 图1为本发明剖面图； [0033] 图2为本发明立面图； [0034] 图3为本发明锚固钢管结构图； [0035] 图4为本发明防撞受力示意图； [0036] 其中：1、墙式防撞护栏；2、L型护栏基座；3、锚固钢管；4、钻孔；5、铺装；6、玻璃纤维格栅；31、管体；32、开孔板；33、圆孔；34、水泥浆。 具体实施方式[0037] 下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。 [0038] 如图1～3所示，本实施例提供了一种用于既有圬工拱桥的防撞护栏结构，该结构主要由墙式防撞护栏1、L型护栏基座2、锚固钢管3所组成； [0039] 墙式防撞护栏1是桥梁结构中的重要组成部分，其主要功能是保护行车安全，其采用满足规范要求的常规结构，可以选择单坡型、F型等多种形式，为保证结构的施工一体型，墙式防撞护栏1采用钢筋混凝土材料，具有良好的抗冲击性能。 [0040] L型护栏基座2是墙式防撞护栏1的支撑基础，其主要功能是提供稳定的支撑力，其采用钢筋混凝土结构，顶部与拱桥上部填料齐平，通过在原拱桥上部结构开槽现浇形成，混凝土标号与上部墙式防撞护栏1一致；为增加基座底面与原桥梁结构的咬合力，基座下方采用锯齿状结构，提高整体稳定性。 [0041] 锚固钢管3设置于L型护栏基座2下方，其主要功能是将L型护栏基座2与原桥梁紧密连接，增强结构的稳定性和承载能力；锚固钢管3的上端外周设置开孔板32，与L型护栏基座2混凝土形成PBL剪力键，以保证连接强度；在原桥梁上设置的钻孔4直径大于锚固钢管3管体31的直径，锚固钢管3下端设置圆孔33，通过往锚固钢管3顶端注入水泥浆34，填充锚固钢管3腔体内部和锚固钢管3与钻孔4之间的缝隙，增强连接的可靠性。 [0042] 此外，为了恢复施工过程中破坏的局部桥面，需要进行相应的修复工作，本发明在原桥梁顶部设置玻璃纤维格栅6，其主要功能是防止L型护栏基座2和填料之间的支承刚度差异导致桥面产生反射裂缝；玻璃纤维格栅6具有良好的柔性和变形能力，可以增加结构的柔性，减少应力集中，提高桥梁的整体稳定性和耐久性；在玻璃纤维格栅6上面设置铺装5，可以提供平整、光滑的行车表面，减少车辆在桥上行驶时的颠簸和震动，提高行车的舒适性，防止外界环境因素(如水、化学物质等)对桥梁结构的侵蚀和损害，延缓桥梁的老化。 [0043] 如图4所示，当汽车撞击力作用于墙式防撞护栏1时，会产生一个水平向外的作用力F1，这个作用力会对护栏产生冲击，试图推动护栏向外侧移动；此时L型护栏基座2与原桥梁结构之间存在水平粘结力F2，通过这种粘结力的作用，护栏与桥梁结构紧密连接，增加了整个系统的稳定性；L型护栏基座2下伸部分的端阻力F3是防撞护栏抵御水平荷载F1的重要力量来源；同时，由于力矩的作用，防撞护栏有向外侧翻转的趋势。此时，锚固钢管3所提供的抗拔力V1、L型护栏基座2外侧下端提供的竖向力V2以及L型护栏基座2最内侧竖直面提供端阻力F3共同提供抵抗弯矩，以达到理想的防撞效果。 [0044] 本结构施工方法如下： [0045] 在施工开始前，需要先拆除原有的圬工拱桥桥侧防护结构，包括侧墙、铺装5和拱上填料。然后根据L型护栏基座2的结构尺寸，在原结构上开凿出相应的槽口，为后续的施工做好准备。 [0046] 接下来，使用轻型钻孔4机械，在预埋锚固钢管3所在位置进行钻孔4。钻孔4的孔径要比预埋锚固钢管3的孔径大1‑2cm，以确保预埋锚固钢管3能够顺利放入。同时，钻孔4沿着原桥梁纵向间隔设置，以满足结构的要求。 [0047] 然后，进行预埋锚固钢管3的加工制作，预埋锚固钢管3上端的开孔板32需要沿着管周均匀分布，以便后续的施工使用；开孔板32与管体31外侧壁采用角焊缝进行焊接，以确保连接牢固；另外，锚固钢管3下端的管壁需要开圆孔33，以便水泥砂浆注入管体31后从圆孔33内出来，填满锚固钢管3和钻孔4之间的缝隙。 [0048] 将加工好的预埋锚固钢管3放入已经完成的钻孔4中，并确保锚固钢管3保持竖直，然后，从锚固钢管3的顶端开始，由上至下灌入高强度水泥砂浆，直至钻孔4的空余空间以及锚固钢管3内部填满水泥砂浆，可以确保预埋锚固钢管3与周围结构牢固连接，并提供足够的抗拔能力。 [0049] 在完成锚固钢管3的施工后，需要进行L型护栏基座2以及桥面墙式护栏钢筋的绑扎安装，然后进行高强度混凝土的浇筑，以确保结构的稳定性和承载能力；最后，进行混凝土的养生，使其达到设计要求的强度和耐久性。 [0050] 最后一步是在L型护栏基座2的内侧顶部铺设玻璃纤维格栅6，玻璃纤维格栅6具有高强度、耐腐蚀和耐老化的特点，通过玻璃纤维格栅6的设置，增加了结构的稳定性，防止L型护栏基座2和拱上填料的支承刚度差异而导致桥面产生反射裂缝；然后，在玻璃纤维格栅6上进行恢复桥面的铺装5工作；桥面铺装5采用具有良好抗滑性能的材料，可以增加车辆与桥面之间的摩擦力，提高行车的安全性和稳定性，减少打滑和侧滑的风险；铺装5采用和原桥梁的铺装5同颜色和纹理的材料，提高桥梁的整体性、美观性和视觉效果，使桥梁成为城市景观的一部分。 [0051] 在实际施工过程中，需要严格按照设计要求和相关规范进行操作，确保施工质量和安全性；同时，还需要根据具体情况进行施工方案的调整和优化，以满足实际需求。 [0052] 相较于传统的植筋连接方式，本发明无需进行大面积的钻孔操作，从而减小了施工难度，节省了施工时间和人力成本； [0053] 由于无需进行大面积钻孔，本发明的施工速度更快，能够有效缩短施工周期，提高工程效率； [0054] 本发明通过桥面以上墙式防撞护栏1、L形护栏基座及锚固钢管3的组合，形成了整体式的防撞结构，在汽车撞击时，这种结构能够实现协同变形，将撞击力分散到更大的范围内，从而减小了局部受力，提高了整体的抵抗能力； [0055] 综上，本发明采用了一种新型的护栏连接方式，通过桥面以上墙式防撞护栏1、L形护栏基座及锚固钢管3的组合形成整体式防撞结构，具有施工难度小、施工进度快、整体式防撞结构和抗撞击能力强等优点，这些优点使得本发明在圬工拱桥的护栏设计中具有广泛的应用前景，并且能够提高桥梁的安全性和稳定性。 |
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