CN115233592B - 一种护栏端头结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种护栏端头结构及施工方法，包括头部泡沫混凝土结构块、中间标准段泡沫混凝土结构块和尾部泡沫混凝土结构块；头部泡沫混凝土结构块、中间标准段泡沫混凝土结构块和尾部泡沫混凝土结构块放置在外部防散落网上；防撞端头结构主体材料采用轻质泡沫混凝土，外侧包裹波形梁板和防散落网及合围缆索，经车辆撞击后会造成泡沫混凝土发生碎裂，泡沫混凝土作为多孔轻质结构，其碎裂体通常为块状多面体，相较于钢构件，较低的强度也保证了不对碰撞车辆中的人员产生威胁；本发明在保证护栏端头安全性的同时简化施工工艺和提升施工水平，能够有效降低护栏生产、运输和安装环节的碳排放量，减少人力及物力资源投入，达到护栏端头低碳建造效果。
Description
技术领域
本发明属于公路交通工程技术领域，主要用于公路护栏端头防护工作中，尤其是涉及一种护栏端头结构及施工方法。
背景技术
公路护栏作为保障公路安全运营的重要交通安全设施，其自身通常采用钢材和混凝土制作成半刚性和刚性护栏，在实际防护过程中通过自身强度和刚度吸收车辆碰撞荷载的能量，以此达到对车辆进行防护和不让其驶出路外的目的。但在路侧护栏上游端头等位置由于护栏的不连续设置和端头影响造成车辆碰撞护栏时容易引起较为严重的事故。
目前我国对于存在安全隐患的路侧护栏上游端头等位置的处置方式通常是采用设置防撞垫、防撞端头和将护栏设置成斜坡式的方式来实现。现状防撞垫主要是采用波形梁钢护栏板和钢板作为主体结构材料，经现场或者工厂拼装制成，在汽车撞击过程中通过其自身结构发生变形而达到吸收碰撞能量的目的，由于其吸能能力主要依靠自身强度和刚度，因此在设计制作时必须要保证其具有一定的刚度和强度，在此背景下，其自身钢材消耗量和制作成本自然相对较高。而另外两种方式是通过自身解体和利用高差来实现车辆没能量消耗的目的。
现有技术在一定程度上保证了公路护栏的设置安全水平，但仍然存在以下不足：
(1)护栏端头处理仍存隐患。对于现状波形梁护栏端头采用地锚式和混凝土护栏采用斜坡式处置方式，虽然降低了构件刺穿车身的危险和提升了车辆通过爬升而耗能的量值，但也增加了车辆爬升过程中的翻车风险。对于直立式刚性护栏端头，在车辆与其发生碰撞时由于护栏端头不能发生自身变形，车辆自身能量不能得到有效吸收和耗散，车辆自身容易产生较大变形，从而威胁乘员安全。
(2)防撞吸能设施自身重量、材料成本与吸收耗散能量能力之间难以达到经济平衡点。现状防撞吸能设施重量较大，生产、运输和建设成本及相关环节碳排放量较高，不利于交安设施降碳减排目标实现。对于塑料等材质制成的防撞吸能设施而言，其自身强度和刚度较小，在车辆撞击作用下能够吸收的能量较小，产生的变形也较大，难以达到有效吸收车辆碰撞能量的目的。而对于全部由钢构件制成的防撞吸能设施而言，除了其自身具有重量大和成本高的特点外，在车辆撞击过程中自身钢材零部件较多，若零部件发生破损或者脱落，对车辆乘员也存在一定的安全威胁。
发明内容
针对前述现状存在的问题，要想解决护栏端头刚性大、零部件脱落对乘员造成的危害和设施自重大等问题，需要寻找一种新型材料来替代现状所应用的材料，同时要提出新型护栏端头的结构及合理设置方法，以此来达到消除护栏端头安全隐患和解决现状设置方法存在缺陷的目的。
本发明采用的技术方案为一种护栏端头结构，包括头部泡沫混凝土结构块1、中间标准段泡沫混凝土结构块2和尾部泡沫混凝土结构块3；所述头部泡沫混凝土结构块1、中间标准段泡沫混凝土结构块2和尾部泡沫混凝土结构块3放置在外部防散落网11上，外部防散落网11设置在头部泡沫混凝土结构块1、中间标准段泡沫混凝土结构块2和尾部泡沫混凝土结构块3与头部弧形波形梁板7、标准波形梁板6之间，合围缆索14设置在头部弧形波形梁板7和外部防散落网11外部；固定立柱10设置在路基土体内；所述头部弧形波形梁板7采用螺栓与防阻块8连接；标准波形梁板6一端采用螺栓与防阻块8连接，另一端采用高强螺栓16固定在既有护栏12上；头部防刺穿弧形钢板9采用高强螺栓16与标准波形梁板6连接，防阻块8采用螺栓与固定立柱10相连接；头部泡沫混凝土结构块1与中间标准段泡沫混凝土结构块2之间，中间标准段泡沫混凝土结构块2和尾部泡沫混凝土结构块3之间采用固定在标准波形梁板6上的对拉螺栓13连接；标准弧形废旧橡胶轮胎4设置在固定立柱10与头部泡沫混凝土结构块1之间的空隙内、固定立柱10与中间标准段泡沫混凝土结构块2之间的空隙内、固定立柱10与尾部泡沫混凝土结构块3之间的空隙内；头部弧形废旧橡胶轮胎5设置在头部弧形波形梁板7和头部防刺穿弧形钢板9之间。
进一步地，所述头部泡沫混凝土结构块1、中间标准段泡沫混凝土结构块2、尾部泡沫混凝土结构块3、标准弧形废旧橡胶轮胎4、头部弧形废旧橡胶轮胎5、标准波形梁板6、头部弧形波形梁板7、防阻块8和头部防刺穿弧形钢板9是在工厂预制完成。
进一步地，在需要进行护栏端头处理的位置以间距L1、L2、L3和L4打设固定立柱10，将防阻块8固定在固定立柱10上，在设计位置放置外部防散落网11，并完成头部泡沫混凝土结构块1、中间标准段泡沫混凝土结构块2和尾部泡沫混凝土结构块3的拼装，所述L1、L2、L3和L4根据场地条件和结构计算进行确定。
头部泡沫混凝土结构块1为头部呈圆弧形的长方体，中间标准段泡沫混凝土结构块2和尾部泡沫混凝土结构块3均为长方体，其制作方法为将发泡后的发泡剂与水泥浆进行拌合，经工厂模具预制成型的轻质混凝土结构块。防阻块8为钢制六边形结构。
现状混凝土护栏需要在现场进行支模浇筑成型，工序繁琐且养护时间较长。本方法实施过程首先在工厂将头部泡沫混凝土结构块1、标准段泡沫混凝土结构块2和尾部泡沫混凝土结构块3结构预制成型，然后运至施工现场。然后用机械将固定立柱10打入至设计深度，若现场打入困难，可采用钻机成孔方式进行。
进一步地，在设计位置放置由细钢丝编制而成的外部防散落网11，用螺栓将将防阻块8与固定立柱10进行连接。
进一步地，进行头部泡沫混凝土结构块1、标准段泡沫混凝土结构块2和尾部泡沫混凝土结构块3施工，将以上三个构件放置在设计位置，并在与固定立柱10之间的空隙内进行标准弧形废旧橡胶轮胎4的施工，标准弧形废旧橡胶轮胎4是由工厂预制而成的标准件，施工时只需将其均匀填充在空隙内，完成内部吸能材料的施工。
进一步地，用螺栓将标准波形梁板6一端与防阻块8进行连接，另一端采用高强螺栓16固定在既有护栏12上，将对拉螺栓13穿过头部泡沫混凝土结构块1、标准段泡沫混凝土结构块2、尾部泡沫混凝土结构块3和标准波形梁板6上的对拉螺栓孔14并旋紧，完成对拉螺栓13的安装施工。将头部弧形波形梁板7采用螺栓固定在防阻块8上，并采用高强螺栓16与标准波形梁板6连接，将合围缆索14采用合围缆索固定锚具15锚固在既有护栏12上，完成外部框架式包围结构的施工
进一步地，将头部防刺穿弧形钢板9采用螺栓固定在防阻块8上，并采用高强螺栓16与标准波形梁板6连接。将工厂预制完成的头部弧形废旧橡胶轮胎5填充在头部弧形波形梁板7和头部防刺穿弧形钢板9之间的空隙内，完成头部防撞结构的施工。
进一步地，采用细钢丝将外部防散落网11缝合成整体，完成整个防撞端头的施工。
在车辆正面碰撞护栏端头的过程中，首先引起头部防刺穿弧形钢板9的变形，从而挤压头部弧形废旧橡胶轮胎5形成的柔性拱结构产生变形并吸收部分正面碰撞能量，在车辆动能作用下，变形继续发展，引起后侧头部泡沫混凝土结构块1碎裂变形，并挤压标准弧形废旧橡胶轮胎4形成的柔性拱结构发生变形，当碰撞能量较大时，将继续引起标准段泡沫混凝土结构块2碎裂，和标准弧形废旧橡胶轮胎4形成的柔性拱结构挤压变形及尾部泡沫混凝土结构块3碎裂，最终形成对车辆的包裹和吸能。具体吸收过程顺序主要是由头部弧形废旧橡胶轮胎5变形吸能、头部泡沫混凝土结构块1碎裂变形吸能、标准段泡沫混凝土结构块2碎裂变形吸能，标准弧形废旧橡胶轮胎4挤压变形和尾部泡沫混凝土结构块3碎裂变形吸能交替工作共同完成全部能量的吸收。
当车辆侧面碰撞护栏端头时，标准波形梁板6将产生变形吸收能量，同时头部泡沫混凝土结构块1、标准段泡沫混凝土结构块2和尾部泡沫混凝土结构块3也会发生碎裂变形作用，同时标准弧形废旧橡胶轮胎4形成的柔性拱结构在挤压作用下自身变形将吸收部分能量，在标准波形梁板6的导向作用下，可将车辆引导至既有护栏12处，直至车辆剩余能量被消耗殆尽。
与现有技术相比较，本发明主要解决了以下技术问题：(1)公路护栏端头安全吸能技术。本方法中的防撞端头结构主体材料采用轻质泡沫混凝土，外侧包裹波形梁板和防散落网及合围缆索，泡沫混凝土中存在的孔洞保证了其自身具有的轻质特点，在外侧波形梁板、防散落网及合围缆索的包裹下，经车辆撞击后会造成泡沫混凝土发生碎裂，泡沫混凝土作为多孔轻质结构，其碎裂体通常为块状多面体，相较于钢构件，较低的强度也保证了不对碰撞车辆中的人员产生威胁；本发明设计的由标准波形梁板和头部弧形波形梁板组成的框架式包围结构，以及配合合围缆索和防散落网的存在保证了泡沫混凝土不发生大范围飞溅，避免对周围车辆安全行驶产生影响。同时在车辆发生正面碰撞时候泡沫混凝土的碎裂变形作用和弧形废旧橡胶轮胎形成的柔性拱作用能够对碰撞能量进行充分吸收和对车辆形成有效包裹和阻拦，端头弧形防刺穿板带有与波形梁板贴合的轨道，保证在碰撞过程中不发生波形梁护栏板脱离而威胁乘员安全情况的发生。当发生侧面碰撞时，在泡沫混凝土和弧形废旧橡胶轮胎对车辆碰撞能量吸收的基础上，波形梁板和合围缆索还会对车辆碰撞后行驶方向进行修正，保证车辆能够沿过渡连接波形梁过渡到标准段的护栏结构上，防止车辆翻出路外和卡滞在护栏端头处。
(2)公路护栏端头轻量化减碳建造技术。新型公路护栏端头在设置时采用泡沫混凝土预制结构块、弧形废旧橡胶轮胎、标准波形梁板、头部弧形波形梁板、防阻块、头部防刺穿弧形钢板、合围缆索、外部防散落网和固定立柱经现场拼装固定而成，相比较普通护栏防撞端头设置，本发明具有材料标准化、轻质、易运输和施工拼装简易的特点，可以在保证护栏端头安全性的同时简化施工工艺和提升施工水平，实现了废旧材料再利用的目的，同时弧形废旧橡胶轮胎在经车辆撞击后不易发生损坏，可以实现材料的重复利用，本发明能够有效降低护栏生产、运输和安装环节的碳排放量，减少人力及物力资源投入，达到护栏端头低碳建造的效果。
附图说明
图1防撞端头正视图。
图2防撞端头侧视图。
图3防撞端头俯视图。
图4防撞端头Ⅰ-Ⅰ剖面图。
图5防撞端头Ⅱ-Ⅱ剖面图如图。
图中：1.头部泡沫混凝土结构块 2.中间标准段泡沫混凝土结构块 3.尾部泡沫混凝土结构块 4.标准弧形废旧橡胶轮胎 5.头部弧形废旧橡胶轮胎 6.标准波形梁板 7.头部弧形波形梁板 8.防阻块 9.头部防刺穿弧形钢板 10.固定立柱 11.外部防散落网 12.既有护栏 13.对拉螺栓 14.合围缆索 15.合围缆索固定锚具 16.高强螺栓 17.锯齿状咬合拼装缝。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
防撞端头正视图如图1所示：9.头部防刺穿弧形钢板16.高强螺栓
防撞端头侧视图如图2所示：9.头部防刺穿弧形钢板10.固定立柱11.外部防散落网12.既有护栏13.对拉螺栓14.合围缆索15.合围缆索固定锚具16.高强螺栓。
防撞端头俯视图如图3所示：1.头部泡沫混凝土结构块2.中间标准段泡沫混凝土结构块3.尾部泡沫混凝土结构块4.标准弧形废旧橡胶轮胎5.头部弧形废旧橡胶轮胎6.标准波形梁板7.头部弧形波形梁板8.防阻块9.头部防刺穿弧形钢板10.固定立柱11.外部防散落网12.既有护栏16.高强螺栓17.锯齿状咬合拼装缝
防撞端头Ⅰ-Ⅰ剖面图如图4所示：1.头部泡沫混凝土结构块2.中间标准段泡沫混凝土结构块3.尾部泡沫混凝土结构块4.标准弧形废旧橡胶轮胎5.头部弧形废旧橡胶轮胎9.头部防刺穿弧形钢板10.固定立柱12.既有护栏13.对拉螺栓14.合围缆索17.锯齿状咬合拼装缝。
防撞端头Ⅱ-Ⅱ剖面图如图5所示：3.尾部泡沫混凝土结构块4.标准弧形废旧橡胶轮胎6.标准波形梁板13.对拉螺栓14.合围缆索17.锯齿状咬合拼装缝。
首先在工厂将头部泡沫混凝土结构块1、中间标准段泡沫混凝土结构块2和尾部泡沫混凝土结构块3预制成型，完成标准弧形废旧橡胶轮胎4和头部弧形废旧橡胶轮胎5的切割及制作，在工厂预制完成标准波形梁板6、头部弧形波形梁板7、防阻块8和头部防刺穿弧形钢板9。在需要进行护栏端头处理的位置以间距L1、L2、L3和L4打设固定立柱10，将防阻块8固定在固定立柱10上，在设计位置放置外部防散落网11，并完成头部泡沫混凝土结构块1、中间标准段泡沫混凝土结构块2和尾部泡沫混凝土结构块3的拼装，将标准波形梁板6与防阻块8和既有护栏12进行连接，再将头部弧形波形梁板7固定在靠近防撞端头头部的防阻块8上，然后将头部防刺穿弧形钢板9固定在靠近防撞端头头部防阻块8上，将头部弧形废旧橡胶轮胎5放置在头部防刺穿弧形钢板9和头部弧形波形梁板7之间的空隙内，将标准弧形废旧橡胶轮胎4依次放置在头部泡沫混凝土结构块1、中间标准段泡沫混凝土结构块2和尾部泡沫混凝土结构块3与固定立柱10之间的空隙内，将外部防散落网11缝合成整体。然后将对拉螺栓13穿过中间标准段泡沫混凝土结构块2和标准波形梁板6上的对拉螺栓孔14并旋紧，最后在设计位置设置合围缆索14并采用合围缆索固定锚具15将其固定在既有护栏12上。本实施方案可以针对不同等级公路进行调整，在普通公路等车辆运行速度及防护等级设计较低的位置，可以不设置头部防刺穿弧形钢板9、头部弧形波形梁板7和标准波形梁板6。
新型泡沫混凝土材料制成的护栏端头预制结构块、废旧橡胶轮胎、标准波形梁板、头部防刺穿弧形钢板、防阻块、头部弧形波形梁板、合围缆索、外侧防散落网和固定立柱经现场施工拼装而成，设置于存在安全隐患的路侧护栏上游端头和中央分隔带护栏起始端等位置，是一种应用于公路护栏端头的轻质结构和防撞耗能方法。
本发明在防撞端头内部设置标准弧形废旧橡胶轮胎4和头部弧形废旧橡胶轮胎5。头部泡沫混凝土结构块1、中间标准段泡沫混凝土结构块2和尾部泡沫混凝土结构块3的碎裂变形作用、标准弧形废旧橡胶轮胎4和头部弧形废旧橡胶轮胎5的拱变形作用能够达到充分吸收碰撞能量的效果，采用标准波形梁板6、头部弧形波形梁板7、合围缆索14和外部防散落网11对头部泡沫混凝土结构块1、中间标准段泡沫混凝土结构块2和尾部泡沫混凝土结构块3进行整体固定，同时头部泡沫混凝土结构块1、中间标准段泡沫混凝土结构块2和尾部泡沫混凝土结构块3之间的锯齿状咬合拼装缝17的存在增加了接触面之间的咬合力，提升了护栏端头整个结构整体性，使其能够更好地对碰撞车辆进行包裹和阻拦，为车辆侧碰时可以对车辆行驶方向进行导向和修正。
Claims (9)
1.一种护栏端头结构，其特征在于：包括头部泡沫混凝土结构块（1）、中间标准段泡沫混凝土结构块（2）和尾部泡沫混凝土结构块（3）；所述头部泡沫混凝土结构块（1）、中间标准段泡沫混凝土结构块（2）和尾部泡沫混凝土结构块（3）放置在外部防散落网（11）上，外部防散落网（11）设置在头部泡沫混凝土结构块（1）、中间标准段泡沫混凝土结构块（2）和尾部泡沫混凝土结构块（3）与头部弧形波形梁板（7）、标准波形梁板（6）之间，合围缆索（14）设置在头部弧形波形梁板（7）和外部防散落网（11）外部；固定立柱（10）设置在路基土体内；
所述头部弧形波形梁板（7）采用螺栓与防阻块（8）连接；标准波形梁板（6）一端采用螺栓与防阻块（8）连接，另一端采用高强螺栓（16）固定在既有护栏（12）上；
头部防刺穿弧形钢板（9）采用高强螺栓（16）与标准波形梁板（6）连接，
防阻块（8）采用螺栓与固定立柱（10）相连接；头部泡沫混凝土结构块（1）、中间标准段泡沫混凝土结构块（2）和尾部泡沫混凝土结构块（3）通过对拉螺栓（13）固定在标准波形梁板（6）上；标准弧形废旧橡胶轮胎（4）设置在固定立柱（10）与头部泡沫混凝土结构块（1）之间的空隙内、固定立柱（10）与中间标准段泡沫混凝土结构块（2）之间的空隙内、固定立柱（10）与尾部泡沫混凝土结构块（3）之间的空隙内；头部弧形废旧橡胶轮胎（5）设置在头部弧形波形梁板（7）和头部防刺穿弧形钢板（9）之间。
2.根据权利要求1所述的一种护栏端头结构，其特征在于：所述头部泡沫混凝土结构块（1）、中间标准段泡沫混凝土结构块（2）、尾部泡沫混凝土结构块（3）、标准弧形废旧橡胶轮胎（4）、头部弧形废旧橡胶轮胎（5）、标准波形梁板（6）、头部弧形波形梁板（7）、防阻块（8）和头部防刺穿弧形钢板（9）是在工厂预制完成。
3.根据权利要求1所述的一种护栏端头结构，其特征在于：在需要进行护栏端头处理的位置以间距L1、L2、L3和L4打设固定立柱（10），将防阻块（8）固定在固定立柱（10）上，在设计位置放置外部防散落网（11），并完成头部泡沫混凝土结构块（1）、中间标准段泡沫混凝土结构块（2）和尾部泡沫混凝土结构块（3）的拼装，所述L1、L2、L3和L4根据场地条件和结构计算进行确定。
4.根据权利要求1所述的一种护栏端头结构，其特征在于：头部泡沫混凝土结构块（1）为头部呈圆弧形的长方体，中间标准段泡沫混凝土结构块（2）和尾部泡沫混凝土结构块（3）均为长方体，其制作方法为将发泡后的发泡剂与水泥浆进行拌合，经工厂模具预制成型的轻质混凝土结构块；防阻块（8）为钢制六边形结构。
5.根据权利要求1所述的一种护栏端头结构，其特征在于：首先在工厂将头部泡沫混凝土结构块（1）、标准段泡沫混凝土结构块（2）和尾部泡沫混凝土结构块（3）结构预制成型，然后运至施工现场；然后用机械将固定立柱（10）打入至设计深度，若现场打入困难，采用钻机成孔方式进行。
6.根据权利要求1所述的一种护栏端头结构，其特征在于：在设计位置放置由细钢丝编制而成的外部防散落网（11），用螺栓将防阻块（8）与固定立柱（10）进行连接。
7.根据权利要求1所述的一种护栏端头结构，其特征在于：进行头部泡沫混凝土结构块（1）、标准段泡沫混凝土结构块（2）和尾部泡沫混凝土结构块（3）施工，将以上三个构件放置在设计位置，并在与固定立柱（10）之间的空隙内进行标准弧形废旧橡胶轮胎（4）的施工，标准弧形废旧橡胶轮胎（4）是由工厂预制而成的标准件，施工时只需将其均匀填充在空隙内，完成内部吸能材料的施工。
8.根据权利要求1所述的一种护栏端头结构，其特征在于：用螺栓将标准波形梁板（6）一端与防阻块（8）进行连接，另一端采用高强螺栓（16）固定在既有护栏（12）上，将对拉螺栓（13）穿过标准段泡沫混凝土结构块（2）和尾部泡沫混凝土结构块（3）和标准波形梁板（6）上的对拉螺栓孔（14）并旋紧，完成对拉螺栓（13）的安装施工；将头部弧形波形梁板（7）采用螺栓固定在防阻块（8）上，并采用高强螺栓（16）与标准波形梁板（6）连接，将合围缆索（14）采用合围缆索固定锚具（15）锚固在既有护栏（12）上，完成外部框架式包围结构的施工。
9.根据权利要求1所述的一种护栏端头结构，其特征在于：将头部防刺穿弧形钢板（9）采用螺栓固定在防阻块（8）上，并采用高强螺栓（16）与标准波形梁板（6）连接；将工厂预制完成的头部弧形废旧橡胶轮胎（5）填充在头部弧形波形梁板（7）和头部防刺穿弧形钢板（9）之间的空隙内，完成头部防撞结构的施工；
采用细钢丝将外部防散落网（11）缝合成整体，完成整个防撞端头的施工；
在车辆正面碰撞护栏端头的过程中，首先引起头部防刺穿弧形钢板（9）的变形，从而挤压头部弧形废旧橡胶轮胎（5）形成的柔性拱结构产生变形并吸收部分正面碰撞能量，在车辆动能作用下，变形继续发展，引起后侧头部泡沫混凝土结构块（1）碎裂变形，并挤压标准弧形废旧橡胶轮胎（4）形成的柔性拱结构发生变形，当碰撞能量较大时，将继续引起标准段泡沫混凝土结构块（2）碎裂，和标准弧形废旧橡胶轮胎（4）形成的柔性拱结构挤压变形及尾部泡沫混凝土结构块（3）碎裂，最终形成对车辆的包裹和吸能；具体吸收过程顺序是由头部弧形废旧橡胶轮胎（5）变形吸能、头部泡沫混凝土结构块（1）碎裂变形吸能、标准段泡沫混凝土结构块（2）碎裂变形吸能，标准弧形废旧橡胶轮胎（4）挤压变形和尾部泡沫混凝土结构块（3）碎裂变形吸能交替工作共同完成全部能量的吸收；
当车辆侧面碰撞护栏端头时，标准波形梁板（6）将产生变形吸收能量，同时头部泡沫混凝土结构块（1）、标准段泡沫混凝土结构块（2）和尾部泡沫混凝土结构块（3）也会发生碎裂变形作用，同时标准弧形废旧橡胶轮胎（4）形成的柔性拱结构在挤压作用下自身变形将吸收部分能量，在标准波形梁板（6）的导向作用下，将车辆引导至既有护栏（12）处，直至车辆剩余能量被消耗殆尽。
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