CN117888444B - 基于超高性能混凝土的功能梯度高性能桥梁护栏结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及桥梁护栏技术领域，尤其为基于超高性能混凝土的功能梯度高性能桥梁护栏结构及施工方法，包括多个护栏体，多个所述护栏体沿桥梁外侧挑臂的边缘依次设置；所述护栏体整体呈平行四边形，沿车辆行驶的方向铺设，所述护栏体两个相平行的斜面与地面之间的距离逐渐增大；所述护栏体包括混凝土基体和预制UHPC面板，所述预制UHPC面板设置在所述混凝土基体靠近行驶车辆的一侧；所述混凝土基体的内部设置有泄力轮，所述泄力轮包括转动轮和中间轴，所述中间轴与所述混凝土基体固定连接，所述转动轮套设在所述中间轴上并可相对中间轴旋转。本发明中的护栏体可以在改变失控车辆方向的同时，实现对失控车辆撞击力的多级泄力缓冲，减小人员伤亡。

Description

基于超高性能混凝土的功能梯度高性能桥梁护栏结构及施工 方法

技术领域

本发明涉及桥梁护栏技术领域，具体为基于超高性能混凝土的功能梯度高性能桥梁护栏结构及施工方法。

背景技术

桥梁护栏是指设置于桥梁上的护栏。其目的是为了防止失控车辆越出桥外，具有使车辆不能突破、下穿、翻越桥梁以及美化桥梁建筑的功能。

桥梁护栏作为道路桥梁构筑物的重要组成部分，其首要作用在于避免或阻止车辆驶出道路桥梁以外（包括车辆冲断护栏板、车辆从护栏板上方越出、车辆从护栏板下钻出等情况），从而保证车内外人员、道路桥梁和其他建筑物的安全。桥梁护栏对车辆、乘员的保护还体现在其应能顺利引导碰撞车辆以较小的驶离角和较小的回弹量离开护栏，恢复正常行驶轨迹，避免出现严重的二次碰撞事故，确保相邻道路和其他行车的安全，阻止失控车辆出现严重的翻滚情况。钢筋混凝土刚性护栏因其经济好、抗冲击性能好等优点已被广泛用于国内桥梁工程中。

例如公告号为CN217079962U的中国实用新型专利公开了一种防撞混凝土护栏，涉及混凝土护栏领域。该防撞混凝土护栏包括护栏主体，所述护栏主体的内部设置有加固钢筋，所述护栏主体的左右两侧且靠近底端处设有底部防护机构，所述底部防护机构包括条形板，所述条形板的上方设有弧形板，所述弧形板的上方焊接固定有固定架，所述底部防护机构的上方设有侧面防护机构，所述侧面防护机构包括连拱护板。该防撞混凝土护栏通过底部防护机构和侧面防护机构可增强对护栏主体的防护效果，在护栏主体的外侧对冲击力进行多次缓冲削弱，从而有效对护栏主体进行防护，提高护栏主体的防撞性能。

然而，研究表明：传统的钢筋混凝土刚性护栏虽然具有抗冲击性强的优势，但驾乘人员所承受的冲击力较大，且车辆导向性较差等不足，导致大量的二次碰撞事故、人员伤亡。

发明内容

本发明的目的在于提供基于超高性能混凝土的功能梯度高性能桥梁护栏结构及施工方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：1.基于超高性能混凝土的功能梯度高性能桥梁护栏结构，包括多个护栏体，多个所述护栏体沿桥梁外侧挑臂的边缘依次设置；

所述护栏体整体呈平行四边形，沿车辆行驶的方向铺设，所述护栏体两个相平行的斜面与地面之间的距离逐渐增大；

所述护栏体包括混凝土基体和预制UHPC面板，所述预制UHPC面板设置在所述混凝土基体靠近行驶车辆的一侧；

所述混凝土基体的内部设置有泄力轮，所述泄力轮包括转动轮和中间轴，所述中间轴与所述混凝土基体固定连接，所述转动轮套设在所述中间轴上并可相对中间轴旋转，所述转动轮的内部设置有多个泄力板；

当预制UHPC面板被车辆撞击时，所述预制UHPC面板与混凝土基体之间产生相对滑动，预制UHPC面板与转动轮滚动接触，通过预制UHPC面板的滑动带动转动轮相对中间轴旋转，使多个泄力板依次断裂。

优选的，所述混凝土基体靠近预制UHPC面板的一侧面上开设有收纳孔，所述泄力轮设置在所述收纳孔的内部。

优选的，所述泄力轮的转动轮部分凸出于所述收纳孔，所述预制UHPC面板与转动轮滚动接触，所述混凝土基体与所述预制UHPC面板之间形成有间隙。

优选的，所述预制UHPC面板的顶部固定连接有弯折部，所述弯折部包括与预制UHPC面板垂直的水平部和与预制UHPC面板平行的竖直部，所述混凝土基体的顶部夹设在预制UHPC面板和竖直部之间。

优选的，所述转动轮的顶部开设有与泄力板相对应的第一插孔，所述泄力板通过所述第一插孔插入到所述转动轮的内部。

优选的，所述泄力板的顶部固定有折断部，所述折断部的顶部设置在第一插孔的内部；

沿着所述转动轮旋转方向相反的方向，各所述泄力板顶部的所述折断部的数量逐渐增加。

优选的，所述转动轮的顶部开设有第二插孔，所述中间轴的侧面固定有与第二插孔相对应的固定杆；

当所述转动轮转动时，所述固定杆依次撞断多个泄力板。

优选的，所述中间轴的上下两端均开设有凹槽。

优选的，所述混凝土基体远离行驶车辆的一侧面开设有斜安装槽，在所述斜安装槽的内表面开设有斜卡位槽，所述斜安装槽的倾斜角度与所述护栏体斜面的倾斜角度相同；

所述护栏体还包括安装支柱，所述安装支柱包括一体设置的斜柱和底座，所述斜柱卡接于所述斜卡位槽的内部，所述底座用于与桥梁外侧挑臂固定连接。

基于超高性能混凝土的功能梯度高性能桥梁护栏结构的施工方法，该施工方法基于上述的基于超高性能混凝土的功能梯度高性能桥梁护栏结构，包括以下步骤：

S1、将安装支柱的底座竖直固定于桥梁外侧挑臂的边缘；

S2、搬移混凝土基体，使安装支柱的斜柱插入到斜安装槽的内部，然后再推动混凝土基体，使斜柱卡接到斜卡位槽的内部；

S3、将泄力轮安装于收纳孔的内部；

S4、利用弯折部将预制UHPC面板卡紧到混凝土基体上，使预制UHPC面板将混凝土基体靠近行驶车辆的一侧面覆盖。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

当车辆失控以一定的角度撞向护栏体时，车辆对护栏体的撞击力一方面会挤压预制UHPC面板，使得预制UHPC面板的一部分与混凝土基体的左侧面接触，使得预制UHPC面板与混凝土基体之间产生相对滑动，起到改变失控车辆方向的作用，防止失控车辆撞断护栏体，利用预制UHPC面板与混凝土基体之间的滑动摩擦力对车辆的撞击力进行缓冲，实现第一级的泄力；进一步的，预制UHPC面板与混凝土基体之间的相对滑动又会使预制UHPC面板带动转动轮围绕中间轴旋转，此过程中固定设置的中间轴会使得设置在转动轮内部的多个泄力板依次断裂，实现对撞击力的二级泄力；预制UHPC面板与混凝土基体之间的滑动摩擦力也会带动被撞混凝土基体移动，由于护栏体整体呈平行四边形，因此可以使得被撞混凝土基体沿着其前方的混凝土基体的斜面滑移，也即被撞混凝土基体向着斜向上的方向移动，从而实现对撞击力的三级泄力，同时，在中间轴与泄力板接触到中间轴撞断该泄力板的过程中，中间轴作用在泄力板上的撞击力也会传递到混凝土基体上，使得被撞混凝土基体与其前方的混凝土基体之间的摩擦力增大，泄力效果更佳，而在中间轴撞断当前的泄力板又未与下一个泄力板接触时，此时被撞混凝土基体与其前方的混凝土基体之间的摩擦力恢复到正常大小，因此，通过设置的泄力板可以实现对撞击力的多层次缓冲，泄力效果好，减小二次碰撞事故以及人员伤亡。

按照与箭头H方向相反的方向，各泄力板顶部的折断部的数量逐渐增多，从而使得按照与箭头H方向相反的方向，固定杆撞断折断部所需要的作用力就越大，因此，随着多个泄力板被依次撞断，被撞混凝土基体与其前方的混凝土基体之间的摩擦力增大逐级增大，此时被撞混凝土基体与其前方的混凝土基体之间产生滑动所消耗的作用力就会越大，也即泄去的撞击力大小随着折断部数量的增加而增大。

附图说明

图1为本发明的左立体结构示意图；

图2为本发明的右立体结构示意图；

图3为本发明的右视结构示意图；

图4为本发明护栏体的立体结构示意图；

图5为本发明图4中去除安装支柱的结构示意图；

图6为本发明预制UHPC面板的立体结构示意图；

图7为本发明护栏体的剖视立体结构示意图；

图8为本发明图7的俯视结构示意图；

图9为本发明泄力轮的立体结构示意图；

图10为本发明泄力轮的剖视立体结构示意图；

图11为本发明图10中去除泄力板的结构示意图；

图12为本发明图10的俯视结构示意图。

图中：

1、桥梁外侧挑臂；

2、护栏体；21、混凝土基体；211、收纳孔；212、斜安装槽；213、斜卡位槽；22、预制UHPC面板；221、弯折部；23、安装支柱；231、斜柱；232、底座；

3、泄力轮；31、转动轮；311、第一插孔；312、第二插孔；32、中间轴；321、固定杆；322、凹槽；33、泄力板；331、折断部。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图12，本发明提供一种技术方案：

基于超高性能混凝土的功能梯度高性能桥梁护栏结构，如图1所示，包括多个护栏体2，多个护栏体2沿桥梁外侧挑臂1的边缘依次设置；从而形成长条状的护栏结构。

如图1-图5所示，护栏体2整体呈平行四边形，多个护栏体2沿车辆行驶的方向F依次铺设（车辆行驶的方向F即为图1-图3中的箭头F），护栏体2两个相平行的斜面与地面之间的距离逐渐增大。

如图6和图7所示，护栏体2包括混凝土基体21和预制UHPC面板22，混凝土基体21和预制UHPC面板22均为平行四边形，预制UHPC面板22设置在混凝土基体21靠近行驶车辆的一侧；本实施例中，可以将车辆行驶的方向F定义为前方，则预制UHPC面板22设置在混凝土基体21的左侧。

如图3-图5所示，混凝土基体21的内部设置有泄力轮3，如图9所示，泄力轮3包括转动轮31和中间轴32，如图9-图12所示，转动轮31为竖向设置的圆筒状，中间轴32呈竖直设置的圆柱状，中间轴32与混凝土基体21固定连接，转动轮31套设在中间轴32上并可相对中间轴32旋转，转动轮31的内部设置有多个泄力板33；当预制UHPC面板22被车辆撞击时，预制UHPC面板22与混凝土基体21之间产生相对滑动，预制UHPC面板22与转动轮31滚动接触，通过预制UHPC面板22的滑动带动转动轮31相对中间轴32旋转，使多个泄力板33依次断裂。

上述方案在实际使用时对车辆撞击力进行协力的原理如下：

车辆正常情况下在桥梁上沿着如图1-图3中的箭头F的方向行驶，而当车辆失控以一定的角度撞向护栏体2时，车辆对护栏体2的撞击力一方面会挤压预制UHPC面板22，使得预制UHPC面板22的一部分与混凝土基体21的左侧面接触，使得预制UHPC面板22与混凝土基体21之间产生相对滑动，起到改变失控车辆方向的作用，防止失控车辆撞断护栏体2，利用预制UHPC面板22与混凝土基体21之间的滑动摩擦力对车辆的撞击力进行缓冲，实现第一级的泄力；进一步的，预制UHPC面板22与混凝土基体21之间的相对滑动又会使预制UHPC面板22带动转动轮31围绕中间轴32旋转，此过程中固定设置的中间轴32会使得设置在转动轮31内部的多个泄力板33依次断裂，实现对撞击力的二级泄力；预制UHPC面板22与混凝土基体21之间的滑动摩擦力也会带动被撞混凝土基体21移动，由于护栏体2整体呈平行四边形，因此可以使得被撞混凝土基体21沿着其前方的混凝土基体21的斜面滑移，也即被撞混凝土基体21向着斜向上的方向移动，从而实现对撞击力的三级泄力，同时，在中间轴32与泄力板33接触到中间轴32撞断该泄力板33的过程中，中间轴32作用在泄力板33上的撞击力也会传递到混凝土基体21上，使得被撞混凝土基体21与其前方的混凝土基体21之间的摩擦力增大，泄力效果更佳，而在中间轴32撞断当前的泄力板33又未与下一个泄力板33接触时，此时被撞混凝土基体21与其前方的混凝土基体21之间的摩擦力恢复到正常大小，因此，通过设置的泄力板33可以实现对撞击力的多层次缓冲，泄力效果好。

如图5-图8所示，混凝土基体21靠近预制UHPC面板22的一侧面上开设有收纳孔211，泄力轮3设置在收纳孔211的内部。

进一步的，如图8所示，泄力轮3的转动轮31部分凸出于收纳孔211，预制UHPC面板22与转动轮31滚动接触，混凝土基体21与预制UHPC面板22之间形成有间隙。在常态下，预制UHPC面板22与混凝土基体21之间不直接接触，而是存在一定的间隙，如此设置的好处在于：一方面，当预制UHPC面板22被车辆撞击时，预制UHPC面板22会产生一定程度的弹性弯曲，实现对撞击力的缓冲，另一方面，该弹性弯曲产生的弹力也会作用到转动轮31上，增大转动轮31与预制UHPC面板22之间的摩擦力，使得当预制UHPC面板22滑动时可以带动转动轮31旋转。

如图6所示，预制UHPC面板22的顶部固定连接有弯折部221，弯折部221包括与预制UHPC面板22垂直的水平部和与预制UHPC面板22平行的竖直部，如图1-图8所示，混凝土基体21的顶部夹设在预制UHPC面板22和竖直部之间。

如图9-图12所示，转动轮31的顶部开设有与泄力板33相对应的第一插孔311，泄力板33通过第一插孔311插入到转动轮31的内部。如图10所示，泄力板33的顶部固定有折断部331，折断部331的顶部设置在第一插孔311的内部；如图9-图12所示，沿着转动轮31旋转方向相反的方向，各泄力板33顶部的折断部331的数量逐渐增加。泄力板33的底端通过其自身的重力压抵在转动轮31的内底面，泄力板33顶端的折断部331的顶部插接于第一插孔311的内部。

如图11-图12所示，转动轮31的顶部开设有第二插孔312，中间轴32的侧面固定有与第二插孔312相对应的固定杆321；当转动轮31转动时，固定杆321依次撞断多个泄力板33。

泄力板33被撞断的过程具体如下：转动轮31在预制UHPC面板22的推动下按照如图12中箭头H的方向进行旋转，此时的中间轴32和固定杆321保持固定，因此，多个泄力板33就会按照与箭头H方向相反的方向被固定杆321依次撞断，进一步的，如图12所示，按照与箭头H方向相反的方向，各泄力板33顶部的折断部331的数量逐渐增多，从而使得按照与箭头H方向相反的方向，固定杆321撞断折断部331所需要的作用力就越大，因此，随着多个泄力板33被依次撞断，被撞混凝土基体21与其前方的混凝土基体21之间的摩擦力增大逐级增大，此时被撞混凝土基体21与其前方的混凝土基体21之间产生滑动所消耗的作用力就会越大，也即泄去的撞击力大小随着折断部331数量的增加而增大。

如图9-图12所示，中间轴32的上下两端均开设有凹槽322，使得中间轴32的上下两端均呈如图11所示的形状，然后配合开设在收纳孔211内表面的与中间轴32上下两端相适配的孔，即可实现对中间轴32的固定，防止中间轴32旋转。

本实施例中的混凝土基体21的具体安装方式为：混凝土基体21远离行驶车辆的一侧面开设有斜安装槽212，在斜安装槽212的内表面开设有斜卡位槽213，斜安装槽212的倾斜角度与护栏体2斜面的倾斜角度相同；护栏体2还包括安装支柱23，安装支柱23包括一体设置的斜柱231和底座232，斜柱231卡接于斜卡位槽213的内部，底座232用于与桥梁外侧挑臂1固定连接。

本发明还提供基于超高性能混凝土的功能梯度高性能桥梁护栏结构的施工方法，该施工方法基于上述的基于超高性能混凝土的功能梯度高性能桥梁护栏结构，包括以下步骤：

S1、将安装支柱23的底座232竖直固定于桥梁外侧挑臂1的边缘；

S2、搬移混凝土基体21，使安装支柱23的斜柱231插入到斜安装槽212的内部，然后再推动混凝土基体21，使斜柱231卡接到斜卡位槽213的内部；

S3、将泄力轮3安装于收纳孔211的内部；

S4、利用弯折部221将预制UHPC面板22卡紧到混凝土基体21上，使预制UHPC面板22将混凝土基体21靠近行驶车辆的一侧面覆盖。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.基于超高性能混凝土的功能梯度高性能桥梁护栏结构，其特征在于，包括多个护栏体，多个所述护栏体沿桥梁外侧挑臂的边缘依次设置；

所述护栏体整体呈平行四边形，沿车辆行驶的方向铺设，所述护栏体两个相平行的斜面与地面之间的距离逐渐增大；

所述护栏体包括混凝土基体和预制UHPC面板，所述预制UHPC面板设置在所述混凝土基体靠近行驶车辆的一侧；

所述混凝土基体的内部设置有泄力轮，所述泄力轮包括转动轮和中间轴，所述中间轴与所述混凝土基体固定连接，所述转动轮套设在所述中间轴上并可相对中间轴旋转，所述转动轮的内部设置有多个泄力板；

当预制UHPC面板被车辆撞击时，所述预制UHPC面板与混凝土基体之间产生相对滑动，预制UHPC面板与转动轮滚动接触，通过预制UHPC面板的滑动带动转动轮相对中间轴旋转，使多个泄力板依次断裂。

2.根据权利要求1所述的基于超高性能混凝土的功能梯度高性能桥梁护栏结构，其特征在于：所述混凝土基体靠近预制UHPC面板的一侧面上开设有收纳孔，所述泄力轮设置在所述收纳孔的内部。

3.根据权利要求2所述的基于超高性能混凝土的功能梯度高性能桥梁护栏结构，其特征在于：所述泄力轮的转动轮部分凸出于所述收纳孔，所述预制UHPC面板与转动轮滚动接触，所述混凝土基体与所述预制UHPC面板之间形成有间隙。

4.根据权利要求1所述的基于超高性能混凝土的功能梯度高性能桥梁护栏结构，其特征在于：所述预制UHPC面板的顶部固定连接有弯折部，所述弯折部包括与预制UHPC面板垂直的水平部和与预制UHPC面板平行的竖直部，所述混凝土基体的顶部夹设在预制UHPC面板和竖直部之间。

5.根据权利要求1所述的基于超高性能混凝土的功能梯度高性能桥梁护栏结构，其特征在于：所述转动轮的顶部开设有与泄力板相对应的第一插孔，所述泄力板通过所述第一插孔插入到所述转动轮的内部。

6.根据权利要求5所述的基于超高性能混凝土的功能梯度高性能桥梁护栏结构，其特征在于：所述泄力板的顶部固定有折断部，所述折断部的顶部设置在第一插孔的内部；

沿着所述转动轮旋转方向相反的方向，各所述泄力板顶部的所述折断部的数量逐渐增加。

7.根据权利要求1所述的基于超高性能混凝土的功能梯度高性能桥梁护栏结构，其特征在于：所述转动轮的顶部开设有第二插孔，所述中间轴的侧面固定有与第二插孔相对应的固定杆；

当所述转动轮转动时，所述固定杆依次撞断多个泄力板。

8.根据权利要求1所述的基于超高性能混凝土的功能梯度高性能桥梁护栏结构，其特征在于：所述中间轴的上下两端均开设有凹槽。

9.根据权利要求1所述的基于超高性能混凝土的功能梯度高性能桥梁护栏结构，其特征在于：所述混凝土基体远离行驶车辆的一侧面开设有斜安装槽，在所述斜安装槽的内表面开设有斜卡位槽，所述斜安装槽的倾斜角度与所述护栏体斜面的倾斜角度相同；

所述护栏体还包括安装支柱，所述安装支柱包括一体设置的斜柱和底座，所述斜柱卡接于所述斜卡位槽的内部，所述底座用于与桥梁外侧挑臂固定连接。

10.一种基于超高性能混凝土的功能梯度高性能桥梁护栏结构的施工方法，其特征在于：该施工方法基于权利要求1-9任意一项所述的基于超高性能混凝土的功能梯度高性能桥梁护栏结构，包括以下步骤：

S1、将安装支柱的底座竖直固定于桥梁外侧挑臂的边缘；

S2、搬移混凝土基体，使安装支柱的斜柱插入到斜安装槽的内部，然后再推动混凝土基体，使斜柱卡接到斜卡位槽的内部；

S3、将泄力轮安装于收纳孔的内部；

S4、利用弯折部将预制UHPC面板卡紧到混凝土基体上，使预制UHPC面板将混凝土基体靠近行驶车辆的一侧面覆盖。