一种用于护栏改造的预制混凝土构件及护栏改造方法与流程

1.本发明属于公路安全防护设备技术领域，具体涉及一种用于护栏改造的预制混凝土构件及护栏改造方法。


背景技术：

[0002]“牛角型”护栏是依据现已废止的《高速公路交通安全设施设计及施工技术规范》(jtj 074
‑
94)(下简称“94规范”)设计施工，并在桥梁路段大量应用的一种桥梁组合式护栏。该护栏下部为具有特定坡面结构的混凝土基座，上部安装有单层圆形钢管横梁，钢管横梁与下部混凝土基座通过牛角型立柱连接。混凝土基座的坡面可延长撞击历程时间，车辆轮胎沿斜坡面爬升，而后因车辆本身重力下滑至路面，可以消耗车辆的冲击能，具有明显的缓冲、吸能效果。但是位于混凝土基座上方的钢结构自身强度较低，导致“牛角型”护栏防护等级低，已不满足目前的实际防护需求和规范要求。
[0003]
依据“94规范”设计的高速公路上常用的混凝土钢管组合式桥梁护栏，防护等级为pl3级，理论防护能量为230kj。但是“94规范”已于2006年9月1日废止，现行的《公路交通安全设施设计规范》jtg d81
‑
2006(下简称“d81规范”)对高速公路桥梁护栏的防护能力提出了更高的要求，以适应当前大型化、重型化车辆的安全防护需求。在“d81规范”中，高速公路桥梁护栏的防护等级可根据设计速度与驶出桥外造成事故的严重程度选用sb级、sa级或ss级，其中，最低等级(sb级)桥梁护栏的防护能量也达到了280kj。对“牛角型”护栏按“d81规范”的sb级防护等级的碰撞条件(10t大货车、碰撞速度80km/h、碰撞角度20
°
，防护能量280kj)进行的实车足尺碰撞试验表明，碰撞区域范围内的护栏上部金属构造的立柱全部断裂脱落，圆管横梁出现拉断破坏；碰撞后车辆损坏严重，驾驶室几乎解体，防护性能不满足要求。故而“94规范”中pl3级防护等级的“牛角型”护栏达不到280kj的防护能量，需要对其进行改造升级。


技术实现要素：

[0004]
本发明提供一种用于护栏改造的预制混凝土构件及护栏改造方法，针对新泽西坡面或f型坡面的组合式桥梁护栏，提出采用预制混凝土构件代替其钢管结构，预制混凝土构件为钢筋混凝土式预制板体，能够提高护栏的防护等级。
[0005]
本发明技术方案如下：
[0006]
一种用于护栏改造的预制混凝土构件，包括宽度与组合式桥梁护栏混凝土底座水平顶面的宽度相等的混凝土板体，所述板体长度大于其宽度的10倍；所述板体设有定位安装结构；所述定位安装结构包括在所述板体的上顶面中心位置向下延伸设置的安装槽；在所述安装槽的槽底，沿板体长度方向并列设有多个竖直通孔；在所述竖直通孔的外侧，所述板体的底面设有若干抗剪螺栓孔；所述安装槽的长度不小于所述板体长度的四分之一，不大于所述板体长度的三分之一；在所述板体的左右两侧各设有一半的所述定位安装结构，使得两个所述板体对接时，能够形成一个完整的所述定位安装结构。
[0007]
作为优选，所述安装槽为长方形，所述安装槽内设有薄壁方管连接件，对应所述竖直通孔，所述薄壁方管连接件的一对侧面上设有贯孔，所述贯孔的直径小于所述竖直通孔的直径。
[0008]
作为优选，所述抗剪螺栓孔为盲孔，且其深度不大于所述竖直通孔高度的二分之一；所述抗剪螺栓孔与两个相邻的竖直通孔形成一组按照三角形排列的弯剪组合结构孔，所述定位安装结构包括对称设置的至少两组所述弯剪组合结构孔，且所述板体的左右两侧设置的所述定位安装结构内至少设有一组所述弯剪组合结构孔。
[0009]
作为优选，在相邻定位安装结构之间的板体主板面上，设有景观通孔，所述景观通孔贯穿所述板体主板面，使得所述板体的主板面形成m型构造。
[0010]
作为优选，所述定位安装结构处的板体厚度大于所述混凝土底座水平顶面的宽度。
[0011]
作为优选，所述竖直通孔内设有抗弯套筒；和/或所述抗剪螺栓孔为上大下小的锥形孔。
[0012]
作为优选，用于护栏改造的预制混凝土构件还包括预埋于组合式桥梁护栏的混凝土底座上的多个抗弯螺栓，所述抗弯螺栓穿过所述竖直通孔和所述贯孔，并在所述薄壁方管连接件的上方通过螺母紧固。
[0013]
作为优选，用于护栏改造的预制混凝土构件还包括预埋于组合式桥梁护栏的混凝土底座上的多个抗剪螺栓，所述抗剪螺栓旋拧入锥形套筒，所述锥形套筒套接入所述抗剪螺栓孔；所述锥形套筒的大端外径等于所述抗剪螺栓孔的直径；或所述抗剪螺栓为上小下大的锥形螺栓，所述锥形螺栓套接入所述抗剪螺栓孔；所述锥形螺栓的大端外径等于所述抗剪螺栓孔的直径。
[0014]
作为优选，所述抗剪螺栓的直径不小于所述抗弯螺栓的直径，且所述抗剪螺栓的高度小于所述抗弯螺栓高度的二分之一。
[0015]
一种组合式桥梁护栏的改造方法，包括如下步骤：
[0016]
s1，根据组合式桥梁护栏的混凝土底座水平顶面尺寸，设计并预制权利要求1
‑
9之一所述的预制混凝土构件；
[0017]
s2，将组合式桥梁护栏上方的裸露钢结构进行处理，只保留其混凝土底座；
[0018]
s3，在所述混凝土底座的水平顶面上，按照所述劲性预制板的竖直通孔和抗剪螺栓孔的设计位置，预埋抗弯螺栓和抗剪螺栓；
[0019]
s4，将所述板体对应安装到所述混凝土底座的水平顶面上后，将薄壁方管连接件对应穿过所述抗弯螺栓，并用螺母将所述抗弯螺栓紧固锁紧；
[0020]
s5，使用少量水泥浆封死所述安装槽。
[0021]
本发明相对于现有技术优势在于：
[0022]
本发明所述用于护栏改造的预制混凝土构件及护栏改造方法，针对新泽西坡面或f型坡面的组合式桥梁护栏，提出采用预制混凝土构件代替其钢管结构，预制混凝土构件能够提高护栏的防护等级，且其定位安装结构采用内外间隔布置的竖直通孔和抗剪螺栓孔，在竖直通孔内设置抗弯螺栓，在抗剪螺栓孔内设置抗剪螺栓，形成并列三角形走向的交错排列锚固结构，可以承受多种角度下的汽车碰撞荷载。同时板体的左右两侧各设有一半的所述定位安装结构，使得两个所述板体对接时，能够形成一个完整的所述定位安装结构，通
过在安装槽内设置薄壁方管连接件，将多个预制混凝土构件进行连接，提高护栏的整体抗剪能力。
[0023]
本发明所述用于护栏改造的预制混凝土构件及护栏改造方法，所述抗剪螺栓孔与两个相邻的竖直通孔形成的一组按照三角形排列的弯剪组合结构孔，与抗剪螺栓和抗弯螺栓对接后，由于抗弯螺栓在内侧，且竖直通孔的孔径大于抗弯螺栓的外径，使得抗弯螺栓在受到冲击载荷时，能够因为结构弯曲而产生缓冲，也即为所述抗弯螺栓由于竖直通孔提供的弯曲空间，能够因为弯曲充分吸收倾覆弯矩。且由于抗弯螺栓高度的二分之一大于抗剪螺栓的高度，使得抗弯螺栓主要承受倾覆弯矩，抗剪螺栓主要承受剪切力。实现预制混凝土构件承受的弯矩和剪切力被分别吸收，提高结构可靠性。同时，可以实现现场干式连接，而且锥形套筒能够解决对孔定位问题，方便拆装。
附图说明
[0024]
图1是本发明所述用于组合式桥梁护栏改造的预制混凝土构件的一种实施方式的三维结构示意图；
[0025]
图2是本发明所述用于组合式桥梁护栏改造的预制混凝土构件一种实施方式的仰视结构示意图；
[0026]
图3是本发明所述用于组合式桥梁护栏改造的预制混凝土构件一种实施方式的主视透视结构示意图；
[0027]
图4是使用本发明所述组合式桥梁护栏的改造方法改造组合式桥梁护栏后的三维结构示意图；
[0028]
图5是使用本发明所述组合式桥梁护栏的改造方法改造组合式桥梁护栏后的迎撞面透视结构示意图。
[0029]
图中各标号为：100
‑
预制混凝土构件，101
‑
板体，102
‑
抗弯套筒，110
‑
定位安装结构，(110a，110b)
‑
弯剪组合结构孔，111
‑
安装槽，112
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竖直通孔，113
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抗剪螺栓孔，120
‑
薄壁方管连接件，130
‑
景观通孔，200
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混凝土底座，201
‑
抗剪螺栓，202
‑
抗弯螺栓，203
‑
锥形套筒。
具体实施方式
[0030]
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明地是，本发明所述“内”是指靠近护栏迎撞面的方向，“外”是指远离护栏迎撞面的方向。
[0031]
一种用于组合式桥梁护栏改造的预制混凝土构件100，如图1
‑
3所示，包括宽度与组合式桥梁护栏混凝土底座200水平顶面的宽度(也即为厚度)相等的混凝土板体101，所述板体101长度大于其宽度的10倍。所述板体101设有定位安装结构110；所述定位安装结构110包括在所述板体101的上顶面中心位置向下延伸设置的安装槽111；在所述安装槽111的槽底，沿板体101长度方向并列设有多个竖直通孔112；在所述竖直通孔112的外侧，所述板体101的底面设有若干抗剪螺栓孔113。在竖直通孔112内设置抗弯螺栓202，在抗剪螺栓孔113内设置抗剪螺栓201，形成并列三角形走向的交错排列锚固结构，可以承受多种角度下的汽车碰撞荷载。
[0032]
所述安装槽111的长度不小于所述板体101长度的四分之一，不大于所述板体101长度的三分之一。便于在保证锚固强度和防护等级要求的基础上，预留出一定的空间设置景观。
[0033]
在所述板体101的左右两侧各设有一半的所述定位安装结构110，使得两个所述板体101对接时，能够形成一个完整的所述定位安装结构110。所述板体101长度优选等于每块混凝土底座200的长度，在具体布置所述预制混凝土构件100时，将两个混凝土底座200的相接处，与两个所述板体101对接处错开布置，且优选，将一个板体101居中的完整定位安装结构110对称设于两个混凝土底座200的相接处。使得护栏整体的装配结构更加稳定，能够承受更强的碰撞荷载。
[0034]
作为优选，所述安装槽111为长方形，所述安装槽111内设有薄壁方管连接件120，对应所述竖直通孔112，所述薄壁方管连接件120的一对侧面上设有贯孔，所述贯孔的直径小于所述竖直通孔112的直径。除了使用混凝土底座200和板体101本身的钢筋混凝土结构来抵抗正面碰撞，还进一步使用薄壁方管连接件120增强定位安装结构110处的结构强度，进一步提升改造后护栏的防护等级。
[0035]
作为优选，如图4
‑
5所示，所述用于组合式桥梁护栏改造的预制混凝土构件100还包括预埋于所述混凝土底座200上的多个抗弯螺栓202，所述抗弯螺栓202穿过所述竖直通孔112和所述贯孔，并在所述薄壁方管连接件120的上方通过螺母300紧固。
[0036]
作为优选，所述用于组合式桥梁护栏改造的预制混凝土构件100还包括预埋于混凝土底座200上的多个抗剪螺栓201，所述抗剪螺栓201旋拧入锥形套筒203，所述锥形套筒203套接入所述抗剪螺栓孔113；所述锥形套筒203的大端外径等于所述抗剪螺栓孔113的直径；或所述抗剪螺栓201为上小下大的锥形螺栓，所述锥形螺栓201套接入所述抗剪螺栓孔113；所述锥形螺栓的大端外径等于所述抗剪螺栓孔113的直径。
[0037]
所述抗剪螺栓孔113为盲孔，且其深度不大于所述竖直通孔112高度的二分之一；所述抗剪螺栓孔113与两个相邻的竖直通孔112形成一组按照三角形排列的弯剪组合结构孔110a，所述定位安装结构110包括对称设置的两组所述弯剪组合结构孔(110a，110b)，且所述板体101的左右两侧设置的所述定位安装结构110内至少设有一组所述弯剪组合结构孔。
[0038]
将弯剪组合结构孔110a与抗剪螺栓201和抗弯螺栓202对接后，由于抗弯螺栓202在内侧，且竖直通孔120的孔径大于抗弯螺栓202的外径，使得抗弯螺栓202在受到冲击载荷时，能够因为结构弯曲而产生缓冲，也即为所述抗弯螺栓202由于竖直通孔120提供的弯曲空间，能够因为弯曲而充分吸收倾覆弯矩。且由于抗剪螺栓201小于抗弯螺栓202高度的二分之一，使得抗弯螺栓202主要承受倾覆弯矩，抗剪螺栓201主要承受剪切力。实现预制混凝土构件承受的倾覆弯矩和剪切力被分别吸收，提高抗剪螺栓201、抗弯螺栓202和板体101的结构可靠性。
[0039]
作为优选，在相邻定位安装结构110之间的板体101主板面上，设有景观通孔130，所述景观通孔130贯穿所述板体101主板面，使得所述板体101的主板面形成m型构造。由于景观通孔130延伸到板体101的底部，故而在与混凝土底座200对接后，方便在该景观通孔130与混凝土底座200组成的空间内设置花草景观。
[0040]
作为优选，所述定位安装结构110处的板体厚度大于所述混凝土底座水平顶面的
宽度，使得该处因打孔而减弱的混凝土板体结构强度得以恢复。
[0041]
作为优选，所述竖直通孔112内设有刚性的抗弯套筒102；和/或所述抗剪螺栓孔113为上大下小的锥形孔。锥形结构设计，便于抗剪螺栓201和抗弯螺栓202与抗剪螺栓孔113和竖直通孔112的找准和对接。且锥形结构设计使得板体101与混凝土底座200对接后，天然存在一定的预紧力，使其不会发生横向位移。或者所述抗弯套筒102也可设置为上大下小的锥形套筒。
[0042]
一种组合式桥梁护栏的改造方法，包括如下步骤：
[0043]
s1，根据组合式桥梁护栏的混凝土底座200水平顶面尺寸，设计并预制权利要求1
‑
9之一所述的预制混凝土板100；
[0044]
s2，将组合式桥梁护栏上方的裸露钢结构进行处理，只保留其混凝土底座200；
[0045]
s3，在所述混凝土底座200的水平顶面上，按照所述劲性预制板100的竖直通孔112和抗剪螺栓孔113的设计位置，预埋抗弯螺栓202和抗剪螺栓201；
[0046]
s4，将所述板体101对应安装到所述混凝土底座200的水平顶面上后，将薄壁方管连接件130对应穿过所述抗弯螺栓202，并用螺母将所述抗弯螺栓202紧固锁紧；
[0047]
s5，使用少量水泥浆封死所述安装槽111。
[0048]
应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改变，其均应涵盖在本发明专利的保护范围当中。