CN106930187A - Frp柔性防撞墙式桥梁护栏 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种FRP柔性防撞墙式桥梁护栏，其特征在于：包括至少一个护栏节段，所述护栏节段包括FRP柔性薄壳块体构件、所述FRP柔性薄壳块体构件在连接端面设有端面燕尾槽，相邻的护栏节段通过在两连接端面上对应的两燕尾槽中插入了一个双燕尾榫进行连接。既能保留混凝土墙式护栏碰撞爬高和回弹转向的能量转换方式，又能克服混凝土墙式护栏刚硬性反弹的消能缺陷，还能消除混凝土墙式护栏自重较大的负面影响，从而提高护栏的柔性防撞效果以减少人、车、栏撞击损伤，并减轻护栏结构自重以节省施工维修和工程造价。
Description
技术领域
本发明属于桥梁工程的桥梁防撞结构技术领域。特别是为公路桥梁和城市桥梁提供一种纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer，FRP)柔性防撞墙式桥梁护栏。
背景技术
现有混凝土墙式桥梁护栏，它包括上部的挡墙部分和下部带斜面的底座部分，为刚性防撞护栏结构，通过阻拦失控车辆冲出桥外或进入对向车道、引导车辆碰撞爬高和回弹转向吸收和转换碰撞能量，减少车辆和乘员的撞击伤害。
混凝土墙式桥梁护栏，虽有碰撞阻拦性强和抗撞稳定性好的结构、功能优势，但也存在自重大及太刚硬的结构、功能上的缺陷。护栏自重大的结构缺陷，增加了护栏制造安装和维修更换的难度，加重了上部结构桥道梁和下部结构桥墩、桥台、基础的强度、刚度负担，使得桥梁上、下部结构的构造难度和工程总造价随之增加。护栏太刚硬的功能缺陷，既使护栏碰撞中反作用于车辆的动能较大，又使护栏碰撞后逼车转向带走的动能较多，前者易造成失控车辆和乘员的较大撞击伤害，后者易造成车辆转向较快和较猛而与后行车辆发生二次碰撞事故。
为改变混凝土墙式桥梁护栏的这两大结构、功能缺陷，桥梁工程技术人员对护栏结构材料和结构形式进行了长期、大量的设计优化和技术改进，但都因混凝土材料“自重大”和“柔性差”的先天缺陷制约而收效甚微，使其工程应用因此受到影响和限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种FRP柔性防撞墙式桥梁护栏，使其既能保留混凝土墙式护栏碰撞爬高和回弹转向的能量转换方式，又能克服混凝土墙式护栏刚硬性反弹的消能缺陷，还能消除混凝土墙式护栏自重较大的负面影响，从而提高护栏的柔性防撞效果以减少人、车、栏撞击损伤，并减轻护栏结构自重以节省施工维修和工程造价。
为实现本发明的目的而采用的技术方案为：一种FRP柔性防撞墙式桥梁护栏，其特征在于：包括至少一个护栏节段，所述护栏节段包括FRP柔性薄壳块体构件、所述FRP柔性薄壳块体构件在连接端面设有端面燕尾槽，相邻的护栏节段通过在两连接端面上对应的两燕尾槽中插入了一个双燕尾榫进行连接。
进一步的，所述双燕尾榫与燕尾槽之间具有一定间隙；连接后的相邻护栏节段间留有沿栏高贯通的伸缩缝。
所述FRP柔性防撞墙式护栏节段，又由FRP柔性薄壳块体构件、壳内S―FRP增强构件、壳外S―FRP连接构件和壳内底部填充体组成。
进一步地：
所述FRP柔性薄壳块体构件的纵、横截面为单箱单室截面或单箱多室截面；
所述FRP柔性薄壳块体构件的底面为平底面，或底面为具有向下延伸的挡边的平底面；
所述FRP柔性薄壳块体构件底部具有壳内S―FRP增强构件，所述壳内S―FRP增强构件为粘接于FRP柔性薄壳块体构件底部箱室内壁、并沿桥梁纵向间隔布置或连续布置的FRP包覆钢板条的环形构件；
所述壳内S―FRP增强构件和壳外S―FRP连接构件挟持FRP柔性薄壳块体构件，通过至少一套对拉螺栓将三者紧固连接为一体；
所述壳外S―FRP连接构件为直线型或折线型FRP包覆钢板条的悬臂构件；
所述FRP柔性薄壳块体构件具有壳内底部填充体，为填充满FRP柔性薄壳块体构件底部箱室内的高分子泡沫材料、金属泡沫材料或陶瓷泡沫材料中至少一种。
所述S―FRP连接构件的悬臂端与桥道梁预埋钢板焊接连接，或与桥道梁预埋螺栓紧固连接。
所述双燕尾榫包括FRP薄壳构件，及其内的填充体；所述填充体为高分子泡沫材料、金属泡沫材料或陶瓷泡沫材料中的至少一种。
本发明采用FRP柔性防撞墙式桥梁护栏代替混凝土刚性防撞墙式桥梁护栏所产生的有益效果显而易见的：
1.护栏刚柔相济的底部斜面可支承和引导失控车辆碰撞后爬得更高和更稳，使失控车辆获得比碰撞混凝土墙式护栏更多的势能而转换更多的碰撞动能；
2.护栏柔性更大的顶部薄壳可产生撞后变形和向后位移，使其获得比碰撞混凝土墙式护栏更多的变形能而又吸收部份碰撞动能；
3.护栏结构材料的粘弹性阻尼耗能可再消耗失控车辆的部份剩余动能，使护栏最后反作用于车辆的动能比碰撞混凝土墙式护栏大幅降低而减少人、车、栏的撞击损伤；
4.护栏的全程冲击柔性带动失控车辆随栏变形曲线位移，使失控车辆的回弹转向夹角比碰撞混凝土墙式护栏减小而降低与后行车辆的二次碰撞事故；
5.由于护栏节段之间通过间隙配合式燕尾榫槽连接，是护栏节段抗撞、实现消能和爬高、转向等功能，用于抵抗车辆撞击、通过变形吸收能量、引导车辆碰撞爬高和缓慢回弹转向。
6.护栏与桥道梁的简单连接方式和稳定、耐久的连接件构造，使护栏的锚固连接施工、维修简化和连接安全性、稳定性增大；
7.护栏的低密度材料和薄壳结构形式，使其自重比混凝土墙式护栏降低80％左右，带来桥梁上、下部结构构造难度和总体工程造价的随之降低。
总之，通过本发明，一是实现了混凝土墙式桥梁护栏的更新换代，二是推动桥梁防撞结构实现“人性化防撞”的技术进步。提供的FRP柔性防撞墙式桥梁护栏具有既轻又强、既刚又柔的结构形式的同时，与桥道梁的连接方式也非常简单、安全、稳定、耐久。本发明有望代替现有混凝土刚性防撞墙式桥梁护栏，使墙式桥梁护栏结构自重减轻和冲击柔性增大，既简化护栏的施工、维修和降低桥梁工程造价，又减少碰撞车辆和乘员的撞击伤害。
附图说明
图1、图2和图3、图4分别是底面为平底面的FRP柔性防撞墙式桥梁护栏节段立面图、平面图和立面剖视图、水平剖视图。
图5、图6、图7和图8分别是底面为平底面的FRP柔性防撞墙式桥梁护栏顺桥向间隙配合式燕尾榫槽连接的立面图、平面图、立面剖视图和燕尾榫槽连接部位水平截面大样图。
图9、图10和图11、图12分别是底面为具有向下延伸的挡边的平底面的FRP柔性防撞墙式桥梁护栏节段立面图、平面图和立面剖视图、水平剖视图。
图13、图14、图15和图16分别是底面为具有向下延伸的挡边的平底面的FRP柔性防撞墙式桥梁护栏顺桥向间隙配合式燕尾榫槽连接的立面图、平面图、立面剖视图和燕尾榫槽连接部位水平截面大样图。
图中:1、护栏节段；1-1、FRP柔性薄壳块体构件；1-2、壳内S―FRP增强构件；1-3、壳外S―FRP连接构件；1-4、壳内底部填充体；1-5、对拉连接螺栓；2、伸缩缝；3、端面燕尾槽；4、双燕尾榫；4-1、双燕尾榫的FRP薄壳构件；4-2、填充体；5、桥面铺装层；6、桥道梁；7、预埋螺栓。
具体实施方式
实施例1底面为平底面的FRP柔性薄壳块体构件1-1构成的护栏节段
参见附图1～附图4，所述护栏节段1包括FRP柔性薄壳块体构件1-1、所述FRP柔性薄壳块体构件1-1在连接端面设有端面燕尾槽3，相邻的护栏节段通过在两连接端面上对应的两燕尾槽中插入了一个双燕尾榫4进行连接。
在连接端面设置的端面燕尾槽3的长度与端面等高。
所述护栏节段1包括标准节段和非标准节段，标准节段的长度为两米，而非标准节段的长度小于或大于两米，根据桥梁的条件，非标准节段也存在纵向呈弧形或曲面。
进一步地，所述双燕尾榫与燕尾槽之间具有一定间隙；连接后的相邻护栏节段间留有沿栏高贯通的伸缩缝2。
所述FRP柔性薄壳块体构件1-1构成的护栏节段构成的护栏节段1包括上部的挡墙部分和下部带斜面的底座部分。
更进一步地：
所述FRP柔性薄壳块体构件1-1底部具有壳内S―FRP增强构件1-2，所述壳内S―FRP增强构件1-2为粘接于FRP柔性薄壳块体构件1-1底部箱室内壁、并沿桥梁纵向间隔布置或连续布置的FRP包覆钢板条的环形构件。
所述FRP柔性薄壳块体构件1-1底部具有壳内S―FRP增强构件1-2，所述壳内S―FRP增强构件1-2为粘接于FRP柔性薄壳块体构件1-1底部箱室内壁、并沿桥梁纵向间隔布置或连续布置的FRP包覆钢板条的环形构件。
由于上述结构，使护栏具有刚柔并举的底部斜面，可支承和引导失控车辆碰撞后爬得更高和更稳，使失控车辆获得比碰撞混凝土墙式护栏更多的势能而转换更多的碰撞动能；同时.护栏上部柔性更大的上部挡墙可产生撞后变形和向后位移，使其获得比碰撞混凝土墙式护栏更多的变形能而又吸收部份碰撞动能。
优选地：所述壳内S―FRP增强构件1-2和壳外S―FRP连接构件1-3挟持FRP柔性薄壳块体构件，通过至少一套对拉螺栓1-5将三者紧固连接为一体。
所述壳外S―FRP连接构件1-3为直线型悬臂构件。
所述FRP柔性薄壳块体构件1-1具有壳内底部填充体1-4，为填充满FRP柔性薄壳块体构件底部箱室内的高分子泡沫材料、金属泡沫材料或陶瓷泡沫材料中至少一种。
所述S―FRP连接构件的悬臂端与桥道梁6预埋钢板焊接连接，或与桥道梁6预埋螺栓7紧固连接。
所述双燕尾榫4包括FRP薄壳构件4-1，及其内的填充体4-2；所述填充体为高分子泡沫材料、金属泡沫材料或陶瓷泡沫材料中的至少一种。
实施例2底面为具有向下延伸的挡边的平底面的FRP柔性薄壳块体构件1-1构成的护栏节段
如附图9～附图16，与实施例1不同之处在于，护栏节段1的底面为具有向下延伸的挡边的平底面，而壳外S―FRP连接构件1-3为折线型悬臂构件。这种改变，使FRP柔性防撞墙式护栏节段1用于桥梁外侧护栏时，增加了与桥道梁6的立面锚固连接，可提高FRP柔性防撞墙式护栏节段1与桥道梁4的连接安全性和稳定性。
不难看出，本发明提供的FRP柔性防撞墙式桥梁护栏，依靠FRP材料独特的轻质高强、低模量冲击柔性、耐疲劳粘弹性阻尼性能及与混凝土墙式护栏外形结合获得的既轻又强和既刚又柔结构特点，加上其与桥道梁简单、安全、稳定、耐久的连接方式，使其既能保留混凝土墙式护栏碰撞爬高和回弹转向的能量转换方式，又能克服混凝土墙式护栏刚硬性反弹的消能缺陷，还能消除混凝土墙式护栏自重较大的负面影响，从而提高护栏的柔性防撞效果以减少人、车、栏撞击损伤，并减轻护栏结构自重以节省施工维修和工程造价。
以上两实施例，仅为本发明的优选实施方式；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换的内容，均应涵盖在本发明的权利保护范围内。
Claims (10)
1.一种FRP柔性防撞墙式桥梁护栏，其特征在于：包括至少一个护栏节段(1)，所述护栏节段(1)包括FRP柔性薄壳块体构件(1-1)、所述FRP柔性薄壳块体构件(1-1)在连接端面设有端面燕尾槽(3)，相邻的护栏节段通过在两连接端面上对应的两燕尾槽中插入了一个双燕尾榫(4)进行连接。
2.如权利要求1所述的FRP柔性防撞墙式桥梁护栏，其特征在于：所述双燕尾榫与燕尾槽之间具有一定间隙；连接后的相邻护栏节段间留有沿栏高贯通的伸缩缝(2)。
3.如权利要求1所述的FRP柔性防撞墙式桥梁护栏，其特征在于：所述FRP柔性薄壳块体构件(1-1)的纵、横截面为单箱单室截面或单箱多室截面。
4.如权利要求1所述的FRP柔性防撞墙式桥梁护栏，其特征在于：所述FRP柔性薄壳块体构件(1-1)的底面为平底面，或底面为具有向下延伸的挡边的平底面。
5.如权利要求1所述的FRP柔性防撞墙式桥梁护栏，其特征在于：所述FRP柔性薄壳块体构件(1-1)底部具有壳内S―FRP增强构件(1-2)，所述壳内S―FRP增强构件(1-2)为粘接于FRP柔性薄壳块体构件(1-1)底部箱室内壁、并沿桥梁纵向间隔布置或连续布置的FRP包覆钢板条的环形构件。
6.如权利要求5所述的FRP柔性防撞墙式桥梁护栏，其特征在于：所述壳内S―FRP增强构件(1-2)和壳外S―FRP连接构件(1-3)挟持FRP柔性薄壳块体构件，通过至少一套对拉螺栓(1-5)将三者紧固连接为一体。
7.如权利要求5或6所述的FRP柔性防撞墙式桥梁护栏，其特征在于：所述壳外S―FRP连接构件(1-3)为直线型或折线型FRP包覆钢板条的悬臂构件。
8.如权利要1所述的FRP柔性防撞墙式桥梁护栏，其特征在于：所述FRP柔性薄壳块体构件(1-1)具有壳内底部填充体(1-4)，为填充满FRP柔性薄壳块体构件底部箱室内的高分子泡沫材料、金属泡沫材料或陶瓷泡沫材料中至少一种。
9.如权利要求7所述的FRP柔性防撞墙式桥梁护栏，其特征在于：所述S―FRP连接构件的悬臂端与桥道梁预埋钢板焊接连接，或与桥道梁(6)预埋螺栓(7)紧固连接。
10.如权利要求1所述FRP柔性防撞墙式桥梁护栏，其特征在于：所述双燕尾榫(4)包括FRP薄壳构件(4-1)，及其内的填充体(4-2)；所述填充体为高分子泡沫材料、金属泡沫材料或陶瓷泡沫材料中的至少一种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20170707 |