CN115110402A - 用于预制护栏与桥面板快速连接的构造及快速连接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种用于预制护栏与桥面板快速连接的构造及快速连接方法，所述构造包括浇筑面、若干第一U形钢筋、若干第二U形钢筋、若干凹型键槽以及若干带T头钢筋，浇筑面与若干凹型键槽之间形成若干浇筑空间，形成搭接面的部分第一U形钢筋和部分第二U形钢筋以及穿过搭接面的部分带T头钢筋均处于浇筑空间内。本发明通过第一U形钢筋与第二U形钢筋搭接形成搭接面，带T头钢筋穿过搭接面，然后以第一U形钢筋、第二U形钢筋和带T头钢筋构成的结构为中心，进行UHPC混凝土浇筑，使得预制护栏与桥面板快速连接成整体，解决了现有技术中连接方式复杂、装配难度大、现浇工作量大、存在一定安全隐患的问题。
Description
技术领域
本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种用于预制护栏与桥面板快速连接的构造及快速连接方法。
背景技术
目前，预制装配化护栏具有施工质量易于控制、施工速度快等优点，其中预制护栏与桥面板的连接构造是关键技术。现有技术存在以下问题：1、现有技术的连接方式复杂，有的通过底板螺栓和预埋在翼板内的连接钢筋实现连接，装配难度大；2、现有技术的现浇工作量大，施工速度慢、造价高，不利于大规模应用；3、现有技术往往需要在护栏外侧现浇混凝土，存在一定的安全风险。
发明内容
本发明提供一种用于预制护栏与桥面板快速连接的构造及快速连接方法，用于解决现有技术中护栏与桥面板连接方式复杂、装配难度大、现浇工作量大、存在一定安全隐患的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于预制护栏与桥面板快速连接的构造，包括浇筑面、若干第一U形钢筋、若干第二U形钢筋、若干凹型键槽以及若干带T头钢筋，其中：
浇筑面沿预制护栏长度方向设置，且浇筑面位于预制护栏内侧壁上；
若干第一U形钢筋等距预埋在预制护栏内，且每个第一U形钢筋均部分从浇筑面处延伸出预制护栏；
若干凹型键槽开设在桥面板上缘；
若干第二U形钢筋埋设在桥面板内，且每个第二U形钢筋均部分从凹型键槽处延伸出桥面板；
每个第二U形钢筋与一个第一U形钢筋对应，且延伸出凹型键槽的第二U形钢筋与延伸出浇筑面的第一U形钢筋搭接，形成搭接面；
带T头钢筋一端埋设在预制护栏内，另一端沿水平方向向预制护栏外部延伸，且穿过搭接面；
浇筑面与若干凹型键槽之间形成若干浇筑空间，形成搭接面的部分第一U形钢筋和部分第二U形钢筋以及穿过搭接面的部分带T头钢筋均处于浇筑空间内；
通过在浇筑空间内浇筑UHPC混凝土，第一U形钢筋、第二U形钢筋、带T头钢筋形成的连接结构与UHPC混凝土结合，将预制护栏与桥面板连接成整体。
作为本发明的进一步优选，第一U形钢筋包括第一搭接段、第一连接段、第一预埋段，其中：
第一搭接段沿竖直方向设置，第一搭接段一端为自由端，自由端朝上，第一搭接段另一端为U形端，U形端朝向地面；
第一连接段一端与第一搭接段的自由端连接，第一连接段从第一搭接段的自由端斜向上延伸至预制护栏内；
第一预埋段一端与第一连接段另一端连接，第一预埋段另一端向预制护栏顶部延伸。
作为本发明的进一步优选，第二U形钢筋包括第二搭接段、第二预埋段，其中：
第二搭接段沿竖直方向设置，第二搭接段一端为自由端，自由端朝向地面，第二搭接段另一端为U形端，U形端朝上；第二搭接段与第一搭接段相互搭接；
第二预埋段沿桥面板宽度方向预埋在桥面板内，第二预埋段与第二搭接段的自由端连接。
作为本发明的进一步优选，带T头钢筋包括第三搭接段、第三预埋段，其中：
第三搭接段沿预制护栏宽度方向设置，第三搭接段一端为自由端，另一端呈T型，第三搭接段的T型端穿过搭接面；
第三预埋段一端与第三搭接段自由端连接，第三预埋段另一端向预制护栏顶部延伸。
作为本发明的进一步优选，第二预埋段远离第二搭接段的一端朝向桥面板边缘。
作为本发明的进一步优选，第一U形钢筋与第二U形钢筋直径相同，且第一U形钢筋的第一搭接段与第二U形钢筋的第二搭接段的搭接长度大于第一U形钢筋或；第二U形钢筋直径的6倍。
作为本发明的进一步优选，带T头钢筋直径大于20mm，带T头钢筋的第三预埋段长度大于20cm。
还提供了一种用于预制护栏与桥面板快速连接的构造的快速连接方法，所述快速连接方法包括以下步骤：
步骤1、装配前准备：
制备预制护栏时，在预制护栏内部埋设若干第一U形钢筋和若干带T头钢筋；
浇筑桥面板时，在桥面板内部埋设若干第二U形钢筋，并在桥面板上缘开设若干凹型键槽；
步骤2、预制护栏与桥面板的装配：
将预制护栏置于桥面板两侧，达到预制护栏的底面与桥面板顶面相接触，预制护栏内侧壁底边与凹型键槽边缘相接触；
同时每个第一U形钢筋的第一搭接段的U形端均与一个第二U形钢筋的第二搭接段的U形端搭接，形成相应的搭接面，且每个带T头钢筋均穿过一个搭接面；
步骤3、现场浇筑：以第一U形钢筋、第二U形钢筋和带T头钢筋构成的结构为中心，在浇筑空间内进行UHPC混凝土浇筑，使得预制护栏与桥面板连接成整体。
通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明设置有第一U形钢筋、第二U形钢筋以及带T头钢筋，通过第一U形钢筋与第二U形钢筋搭接形成搭接面，带T头钢筋穿过搭接面，然后以第一U形钢筋、第二U形钢筋和带T头钢筋构成的结构为中心，进行UHPC混凝土浇筑，使得预制护栏与桥面板快速连接成整体，解决了现有技术中连接方式复杂、装配难度大、现浇工作量大、存在一定安全隐患的问题。
2、本发明第一U形钢筋与第二U形钢筋直径相同，且第一U形钢筋的第一搭接段与第二U形钢筋的第二搭接段的搭接长度大于第一U形钢筋或第二U形钢筋直径的6倍，从而第一U形钢筋和第二U形钢筋的搭接面积满足预制护栏强度要求，且更稳固。
3、本发明带T头钢筋、第一U形钢筋、第二U形钢筋形成更稳定的结构的同时，在第一U形钢筋与第二U形钢筋之间的连接失效后，带T头钢筋依旧能够将预制护栏与桥面板连接，相当于本发明具有双重保障。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明整体结构剖面图；
图2是本发明第一U形钢筋结构示意图；
图3是本发明第二U形钢筋结构示意图；
图4是本发明带T头钢筋结构示意图；
图5是本发明预制护栏与桥面板装配前状态图；
图6是本发明第一U形钢筋与第二U形钢筋形成搭接面的状态图；
图7是本发明预制护栏与桥面板形成整体时的状态图；
图8是本发明以拉压杆模型进行受力分析的示意图；
图9是本发明受力分析图；
图10是本发明预制护栏内部钢筋结构示意图。
图中：1、浇筑面；2、第一U形钢筋；3、第二U形钢筋；4、带T头钢筋；5、凹型键槽；6、预制护栏；7、桥面板；8、第一搭接段；9、第一连接段；10、第一预埋段；11、第一横向钢筋；12、竖向钢筋；13、第二横向钢筋；14、第三横向钢筋；15、第二搭接段；16、第二预埋段；17、搭接面；18、第三搭接段；19、第三预埋段；20、浇筑空间；21、第一压杆；22、第二压杆；23、第一拉杆；24、第二拉杆。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
需要说明的是，如图1和图10所示，现有护栏内需设置若干第一横向钢筋11和若干竖向钢筋12，现有桥面板内需设置若干第二横向钢筋13和若干第三横向钢筋14。
实施例1
本实施例提供一种优选实施方案，一种用于预制护栏与桥面板快速连接的构造，如图1至图10所示，所述构造包括浇筑面1、若干第一U形钢筋2、若干第二U形钢筋3、若干凹型键槽5以及若干带T头钢筋4，所述构造通过第一U形钢筋2与第二U形钢筋3搭接形成搭接面，带T头钢筋4穿过搭接面，然后以第一U形钢筋2、第二U形钢筋3和带T头钢筋4构成的结构为中心，进行UHPC混凝土浇筑，使得预制护栏6与桥面板7快速连接成整体，解决了现有技术中连接方式复杂、装配难度大、现浇工作量大、存在一定安全隐患的问题。
上述浇筑面1沿预制护栏6长度方向设置，且浇筑面1位于预制护栏6内侧壁上。优选地，在预制护栏6内侧壁，沿预制护栏6长度方向设置一个截面呈三角状的浇筑台，浇筑台朝向底面的一面为浇筑面1。
若干第一U形钢筋2等距预埋在预制护栏6内，且每个第一U形钢筋2均部分从浇筑面1处延伸出预制护栏6。进一步地，如图2所示，第一U形钢筋2包括第一搭接段8、第一连接段9、第一预埋段10。第一搭接段8沿竖直方向设置，第一搭接段8一端为自由端，自由端朝上，第一搭接段8另一端为U形端，U形端朝向地面；第一连接段9一端与第一搭接段8的自由端连接，第一连接段9从第一搭接段8的自由端斜向上延伸至预制护栏6内；第一预埋段10一端与第一连接段9另一端连接，第一预埋段10另一端向预制护栏6顶部延伸。
具体地，第一搭接段8完全延伸出外部环境中，第一连接段9完全处于预制护栏6内或者第一连接段9靠近第一搭接段8的部分延伸出外部环境中。第一U形钢筋2的第一预埋段10与预制护栏6内相邻的两个竖向钢筋12搭接，然后采用焊接的方式，将若干第一U形钢筋2与预制护栏6内的若干竖向钢筋12连接；从而实现第一U形钢筋2与预制护栏6之间的连接。
为了便于后期浇筑UHPC混凝土将预制护栏6与桥面板7更好的连接为整体，在桥面板7上缘开设若干凹型键槽5，若干凹型键槽5沿桥面板7长度方向排列。优选地，凹型键槽5深度为5cm，宽度为30cm。
若干第二U形钢筋3埋设在桥面板7内，且每个第二U形钢筋3均部分从凹型键槽5处延伸出桥面板7。如图1和图3所示，进一步地，第二U形钢筋3包括第二搭接段15、第二预埋段16，第二搭接段15沿竖直方向设置，第二搭接段15一端为自由端，自由端朝向地面，第二搭接段15另一端为U形端，U形端朝上；第二搭接段15与第一搭接段8相互搭接；第二预埋段16沿桥面板7宽度方向预埋在桥面板7内，第二预埋段16与第二搭接段15的自由端连接。
具体地，第二搭接段15的U形端完全延伸出凹型键槽5。第二搭接段15与桥面板7内第三横向钢筋14相接触，然后通过绑扎的方式，将若干第二搭接段15与若干第三横向钢筋14连接；第二预埋段16与桥面板7内第二横向钢筋13搭接，然后采用焊接的方式，将若干第二预埋段16与若干第二横向钢筋13连接；从而实现第二U形钢筋3与桥面板7之间的连接。
进一步地，第二预埋段16远离第二搭接段15的一端朝向桥面板7边缘。当预制护栏6收到撞击是，撞击力是从预制护栏6的内侧向预制护栏6外侧，因而第二搭接段15朝向桥面板7与第二横向钢筋13焊接使得桥面板7与预制护栏6之间连接更稳定。
进一步地，每个第二U形钢筋3与一个第一U形钢筋2对应，且延伸出凹型键槽5的第二U形钢筋3与延伸出浇筑面的第一U形钢筋2搭接，形成搭接面17。优选地，采用焊接的方式，对第一U形钢筋2的第一搭接段8与第二U形钢筋3的第二搭接段15搭接处进行焊接，形成搭接面17。
具体地，第一U形钢筋2与第二U形钢筋3直径相同，且第一U形钢筋2的第一搭接段8与第二U形钢筋3的第二搭接段15的搭接长度大于第一U形钢筋2或第二U形钢筋3直径的6倍。
上述带T头钢筋4一端埋设在预制护栏6内，另一端沿水平方向向预制护栏6外部延伸，且穿过搭接面17。进一步地，如图1和图4所示，带T头钢筋4包括第三搭接段18、第三预埋段19，第三搭接段18沿预制护栏6宽度方向设置，第三搭接段18一端为自由端，另一端呈T型，第三搭接段18的T型端穿过搭接面17；第三预埋段19一端与第三搭接段18自由端连接，第三预埋段19另一端向预制护栏6顶部延伸。
具体地，带T头钢筋4呈L型，第三搭接段18部分延伸出预制护栏6，第三预埋段19沿竖直方向朝向预制护栏6顶部。要求是，第三预埋段19的长度超过相邻两第一横向钢筋11的间距，因第三预埋段19需要与两第一横向钢筋11接触，并通过绑扎的方式连接在一起。优选地，带T头钢筋4直径大于20mm，带T头钢筋4的第三预埋段19长度大于20cm。
上述浇筑面1与若干凹型键槽5之间形成若干浇筑空间20，形成搭接面1的部分第一U形钢筋2和部分第二U形钢筋3以及穿过搭接面17的部分带T头钢筋4均处于浇筑空间20内。
本实施方案通过在浇筑空间20内浇筑UHPC混凝土，与第一U形钢筋2、第二U形钢筋3、带T头钢筋4形成的连接结构与UHPC混凝土结合，将预制护栏6与桥面板7连接成整体。现浇混凝土采用UHPC的目的是：由于UHPC的高粘结性能和高强性能，可以减少第一U形钢筋和第二U形钢筋的搭接长度，最终减小现浇的体积和工程量。
如图5至图7所示，本实施方案还包括一种预制护栏与桥面板的快速连接方法，包括以下步骤：
步骤1、装配前准备：
制备预制护栏6时，在预制护栏6内部埋设若干第一U形钢筋2和若干带T头钢筋4；
浇筑桥面板7时，在桥面板7内部埋设若干第二U形钢筋3，并在桥面板7上缘开设若干凹型键槽5。
步骤2、预制护栏6与桥面板7的装配：
将预制护栏6置于桥面板7两侧，达到预制护栏6的底面与桥面板7顶面相接触，预制护栏6内侧壁底边与凹型键槽5边缘相接触；
同时每个第一U形钢筋2的第一搭接段8的U形端均与一个第二U形钢筋3的第二搭接段15的U形端搭接，形成相应的搭接面17，且每个带T头钢筋4均穿过一个搭接面17；
步骤3、现场浇筑：以第一U形钢筋2、第二U形钢筋3和带T头钢筋4构成的结构为中心，在浇筑空间20内进行UHPC混凝土浇筑，使得预制护栏6与桥面板7连接成整体。
如图8所示，通过拉压杆模型对本实施方案中预制护栏6收到车辆撞击时的受力进行分析。第一压杆21和第二压杆22表示车辆撞击时主要由护栏及桥面板混凝土结合UHPC段承受压力，第一拉杆23表示车辆撞击时由预制护栏6内预埋的第一U形钢筋2连接预制护栏6和UHPC段承受拉力，第二拉杆24表示车辆撞击时由预制护栏6内预埋的第一U形钢筋2搭接桥面板7内预埋的第二U形钢筋3连接UHPC段和桥面板7承受拉力。当第一拉杆23失效时，转而由预制护栏6内预埋的带T头钢筋4连接预制护栏6与UHPC段以承受拉力。在车辆撞击过程中，由凹型键槽5承受剪力。也就是，带T头钢筋4、第一U形钢筋2、第二U形钢筋3形成更稳定的结构的同时，在第一U形钢筋2与第二U形钢筋3之间的连接失效后，带T头钢筋4依旧能够将预制护栏6与桥面板7连接，相当于本实施方案具有双重保障。
如图9所示，本实施方案进行一项具体的实施项目来进行说明：
根据《公路交通安全设施设计细则JTG/T D81-2017》，碰撞力取P＝295kN，碰撞角度取20°，碰撞荷载取1.1的分项系数。
计算碰撞力为P1＝P×1.1＝324.5kN。碰撞力的有效宽度a0＝4m，有效工作宽度按a＝a0+2h1计算，h1为碰撞力作用点至I-I截面的距离，得到a为4.5m。则I-I截面最大弯矩
受压区高度：h0＝x-as＝0.211,h0为截面有效高度，x为I-I截面厚度，as为钢筋保护层厚度，
x0为受压区高度，fc为混凝土轴心抗压强度设计值，此处为14.3MPa。α1为系数，当混凝土强度等级不超过C50时，α1取1.0，当混凝土强度等级为C80时，α1取为0.94，其间按线性内插法确定，此处取1.0。所需钢筋截面积，
fy为普通钢筋抗拉强度设计值。实际钢筋截面积为0.0013m2，满足强度要求。
第一U形钢筋2拉应力验算：假设整个混凝土装配式护栏墙体绕O点转动，验算第一U形钢筋2拉应力时不考虑预制护栏6本身重力作用。汽车碰撞力对O点的弯矩为Mo＝P1×h2＝194.7kNm，h2为碰撞力的作用高度，假设预制护栏6与浇筑空间20的UHPC现浇层发生脱离，且拉力全部由第一U形钢筋2承担，则拉应力
n为有效工作宽度a内第一U形钢筋2的肢数，l为第一U形钢筋2至O点的距离,S1为钢筋截面积。综上可得，fs小于fy＝270MPa，满足强度要求。第二U形钢筋3产生的拉应力小于第一U形钢筋2，则不予验算。
UHPC锚固区压应力验算(锚固区指凹型键槽5处)：汽车碰撞时，假设力能够完全传递，则浇筑空间20的UHPC现浇层侧面承受
的压应力，hs为凹槽深度，远小于UHPC抗压强度设计值(UHPC抗压强度设计值fcu＝100MPa)，满足强度要求。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (8)
1.一种用于预制护栏与桥面板快速连接的构造，其特征在于：包括浇筑面、若干第一U形钢筋、若干第二U形钢筋、若干凹型键槽以及若干带T头钢筋，其中：
浇筑面沿预制护栏长度方向设置，且浇筑面位于预制护栏内侧壁上；
若干第一U形钢筋等距预埋在预制护栏内，且每个第一U形钢筋均部分从浇筑面处延伸出预制护栏；
若干凹型键槽开设在桥面板上缘；
若干第二U形钢筋埋设在桥面板内，且每个第二U形钢筋均部分从凹型键槽处延伸出桥面板；
每个第二U形钢筋与一个第一U形钢筋对应，且延伸出凹型键槽的第二U形钢筋与延伸出浇筑面的第一U形钢筋搭接，形成搭接面；
带T头钢筋一端埋设在预制护栏内，另一端沿水平方向向预制护栏外部延伸，且穿过搭接面；
浇筑面与若干凹型键槽之间形成若干浇筑空间，形成搭接面的部分第一U形钢筋和部分第二U形钢筋以及穿过搭接面的部分带T头钢筋均处于浇筑空间内；
通过在浇筑空间内浇筑UHPC混凝土，第一U形钢筋、第二U形钢筋、带T头钢筋形成的连接结构与UHPC混凝土结合，将预制护栏与桥面板连接成整体。
2.如权利要求1所述的一种用于预制护栏与桥面板快速连接的构造，其特征在于：第一U形钢筋包括第一搭接段、第一连接段、第一预埋段，其中：
第一搭接段沿竖直方向设置，第一搭接段一端为自由端，自由端朝上，第一搭接段另一端为U形端，U形端朝向地面；
第一连接段一端与第一搭接段的自由端连接，第一连接段从第一搭接段的自由端斜向上延伸至预制护栏内；
第一预埋段一端与第一连接段另一端连接，第一预埋段另一端向预制护栏顶部延伸。
3.如权利要求2所述的一种用于预制护栏与桥面板快速连接的构造，其特征在于：第二U形钢筋包括第二搭接段、第二预埋段，其中：
第二搭接段沿竖直方向设置，第二搭接段一端为自由端，自由端朝向地面，第二搭接段另一端为U形端，U形端朝上；第二搭接段与第一搭接段相互搭接；
第二预埋段沿桥面板宽度方向预埋在桥面板内，第二预埋段与第二搭接段的自由端连接。
4.如权利要求3所述的一种用于预制护栏与桥面板快速连接的构造，其特征在于：带T头钢筋包括第三搭接段、第三预埋段，其中：
第三搭接段沿预制护栏宽度方向设置，第三搭接段一端为自由端，另一端呈T型，第三搭接段的T型端穿过搭接面；
第三预埋段一端与第三搭接段自由端连接，第三预埋段另一端向预制护栏顶部延伸。
5.如权利要求4所述的一种用于预制护栏与桥面板快速连接的构造，其特征在于：第二预埋段远离第二搭接段的一端朝向桥面板边缘。
6.如权利要求5所述的一种用于预制护栏与桥面板快速连接的构造，其特征在于：第一U形钢筋与第二U形钢筋直径相同，且第一U形钢筋的第一搭接段与第二U形钢筋的第二搭接段的搭接长度大于第一U形钢筋或；第二U形钢筋直径的6倍。
7.如权利要求6所述的一种用于预制护栏与桥面板快速连接的构造，其特征在于：带T头钢筋直径大于20mm，带T头钢筋的第三预埋段长度大于20cm。
8.如权利要求7所述的一种用于预制护栏与桥面板快速连接的构造的快速连接方法，其特征在于，所述快速连接方法包括以下步骤：
步骤1、装配前准备：
制备预制护栏时，在预制护栏内部埋设若干第一U形钢筋和若干带T头钢筋；
浇筑桥面板时，在桥面板内部埋设若干第二U形钢筋，并在桥面板上缘开设若干凹型键槽；
步骤2、预制护栏与桥面板的装配：
将预制护栏置于桥面板两侧，达到预制护栏的底面与桥面板顶面相接触，预制护栏内侧壁底边与凹型键槽边缘相接触；
同时每个第一U形钢筋的第一搭接段的U形端均与一个第二U形钢筋的第二搭接段的U形端搭接，形成相应的搭接面，且每个带T头钢筋均穿过一个搭接面；
步骤3、现场浇筑：以第一U形钢筋、第二U形钢筋和带T头钢筋构成的结构为中心，在浇筑空间内进行UHPC混凝土浇筑，使得预制护栏与桥面板连接成整体。
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