刘婉玥, 杨 凯

(1.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司,安徽 合肥 230088；2.公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心，安徽 合肥 230088)

0 引 言

近年来，快速化、装配式的绿色桥梁建造理念得到长足的发展，装配式桥梁的附属设施也得到了关注。桥梁的防撞护栏是桥梁的重要组成部分，传统的钢筋混凝土护栏通常采用现场绑扎钢筋、现浇混凝土施工的方法制作。大量的钢筋运输和加工作业既费时又费力，极大地增加了项目的施工工期和成本，且无法保证现浇施工的质量。

预制装配式护栏可实施性强，适应性强。保证了防撞护栏的施工质量安全的前提下，加快了施工进度。工厂产业化的生产、固定连接、安装等工序标准化作业，实现了高效装配式的桥梁施工。相比常规的防撞护栏施工，不需要复杂的施工措施，节约了工期以及施工成本，经济效益显著。因此，本文提出了几种预制混凝土护栏结构体系，并提出了相应的连接设计方案，能够有效实现设计标准化、制造工厂化和施工装配化。

1 预制混凝土护栏形式

目前国内预制混凝土护栏形式参考《公路交通安全设施设计细则》，主要有3种形式，如图1所示，由左至右分别为：单坡型、F型和加强型[1]。

图1 混凝土护栏形式

2 护栏与桥面板连接设计方案

预制混凝土护栏的核心问题即预制构件的连接设计。连接设计的有效性及其工序的便利性将直接影响施工质量和施工效率。

目前已有多种方法对预制混凝土护栏进行锚固。预制混凝土护栏与桥面板连接的常见方法包括穿板型螺栓以及胶结型螺栓。穿板型螺栓连接方法需要在桥面板穿孔，螺栓穿过整块桥面板以及护栏进行连接。螺栓两端均需使用高规格的垫圈和螺母固定。这种方法常用于道路中央分隔带护栏的固定，也可用于混凝土桥面板。由于两侧均有交通，这种护栏两侧均设置坡面并用螺栓固定连接。这种连接方法的难点在于需要到达桥面板下侧来固定螺栓。除此之外，由于连接部位裸露，可能会存在腐蚀和风化问题。穿板型螺栓的连接细节构造[2]如图2所示。

另一种预制混凝土护栏与桥面板连接方式是采用胶结型螺栓。该方法需要在桥面板钻孔，然后将螺栓穿过护栏并插入桥面板中，最后使用胶结剂来固定螺栓，连接构造示意如图3所示。这种方法的问题在于所用胶结剂的锚固强度难以保证。

图2 穿板型螺栓连接细节构造

图3 胶结型螺栓连接细节构造

穿板式连接预制混凝土护栏的另一种方法是通过预应力螺杆，螺杆穿过整个护栏墙体和桥面板，然后通过端部垫板、垫圈和螺母将预应力螺杆锚固到桥面板上。该连接构造如图4所示。和穿板式螺栓连接一样，该方法同样存在桥面板下侧锚固安装以及裸露连接部件腐蚀问题[3]。

图4 预应力螺杆连接细节构造

除了螺栓和螺杆连接方式之外，也可采用钢筋连接的形式。一种方法是采用倾斜的钢筋插入护栏墙体，在桥面板内预埋波纹管，将钢筋插入后进行灌浆。这种连接方法没有钢制构件暴露在环境中。由于主连接件已经预埋在桥面板中，因此连接构造相对简单，如图5所示。采用该连接设计方案，发生车辆碰撞时，倾斜钢筋与桥面板连接界面处的钢筋会首先失效，从而使维修更换更加容易。相对于更换整体护栏和桥面板，仅需要拆除和更换损坏的护栏节段。由于连接钢筋的失效使得桥面板的损坏最小化。但是由于波纹管及不锈钢筋的使用，这种连接方案经济性可能不是很好。

图5 斜钢筋连接细节构造

第二种连接方案采用U形钢筋，垂直插入桥的悬臂下缘，穿过桥面板进入护栏墙体，并进行灌浆，具体的连接构造如图6所示。

图6 U型钢筋连接细节构造

这种连接方案主要考虑节省成本以及确保耐久性。这种方案同样也没有钢制构件裸露，也不需要波纹管等连接件，因此造价相对更便宜。但如果遭到碰撞破坏，更换由U形钢筋连接的护栏难度更大，且可能需要更换一部分桥面板。

3 护栏与桥面板连接设计计算

本文仅给出护栏与桥面板连接设计的理论计算依据，实际情况需根据试验进行对比验证。

根据《公路交通安全设施设计细则》先计算出标准段预制混凝土护栏墙体关于桥梁纵轴的弯曲承载力矩Mc、护栏墙体关于其竖向轴的弯曲承载力矩Mw。

然后，计算屈服线发生的临界长度Lc：

(1)

式中：H为护栏的有效高度,m；Lt为碰撞荷载分布的纵向长度,m；Mw为护栏关于其竖向轴的弯曲承载力矩,kN·m；Mb为护栏顶部除Mw之外的横梁附加弯曲承载力矩,kN·m；Mc为悬臂型护栏关于桥梁纵轴的弯曲承载力矩,kN·m/m。

计算护栏对抗横向荷载的抗力标准值Rw：

(2)

取各种破坏模式下计算的Rw最小值作为护栏抗力标准值，并与对应等级的碰撞荷载进行比较。

护栏与桥面板之间的连接截面抵抗弯矩可参照《混凝土结构设计规范》中关于单筋矩形截面正截面承载力计算的原理和方法进行计算[4]。

(3)

式中：S1为钢筋或螺栓截面面积；fyk为材料屈服强度标准值；b为截面宽度；h0为截面的有效高度；x为受压区高度。

连接构造设计需满足Md>Mc，即连接截面处正截面承载力大于护栏墙体关于桥梁纵轴的弯曲承载力矩。还需利用护栏对抗横向荷载的抗力标准值Rw来验算连接截面的抗剪承载能力。若均满足则说明连接构造设计满足规范碰撞荷载作用下的受力需求。与此同时，还应验算钢筋或螺栓的锚固长度是否满足要求。

4 结束语

本文主要对预制混凝土护栏的连接设计形式进行了较为全面的介绍，采用螺栓连接设计造价较高，一般会存在钢制构件裸露在环境中腐蚀风化的问题。采用钢筋连接的经济性和耐久性较好，但是遇到碰撞损坏时更换拆卸工序与螺栓连接方案相比难度略大。预制混凝土护栏强度计算参考屈服线分析理论，连接构造弯曲强度、剪切强度及锚固强度等需大于护栏墙体承载能力且需通过试验进行对比验证。