钢壳防撞护栏与桥面板一体化组合桥面系结构及施工方法与流程

1.本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其是涉及一种钢壳防撞护栏与桥面板一体化组合桥面系结构及施工方法。


背景技术：

2.一般钢-混凝土组合梁桥的桥面板多采用钢筋混凝土结构，桥面板现浇施工时需现场搭设模板、绑扎钢筋及浇注混凝土，由于桥梁一般处于需要跨越峡谷、地面道路、铁道或河道等高空且较危险位置，在上述施工过程中，为保证施工人员及桥下行人的安全，均需在桥面两侧设置临边安全防护设施，实际工程中经常发生因安全防护不到位或设施简陋而引起的高空坠落事故，而且对于钢筋混凝土桥面板一般均采用钢筋混凝土防撞护栏，以便进行结构间的有效连接同时降低工程造价，防撞护栏均在桥面板施工完成后再搭设模板、绑扎钢筋并浇注混凝土，为保证防撞护栏的外形美观，其模板均采用刚度较大的定型钢模，施工费用较高，钢模重量较大又需安装在桥梁侧面，其安装和混凝土浇注过程中，模板固定失效侧翻落桥的安全事故也时有发生，因此在整个施工过程中常规结构存在施工工序复杂、工期较长、临时措施较多、费用较高、安全隐患较大等问题；在正常使用阶段，钢筋混凝土桥面板结构由于收缩变形、温度效应、车轮荷载反复作用等因素不可避免地会出现裂缝，影响结构的耐久性，严重时将出现混凝土脱落而使桥面板损坏失效的病害，而维修时又需要搭设临时支架支撑模板等措施，施工较为困难，混凝土防撞护栏也常因内侧混凝土的车撞和收缩徐变等作用而出现大量的混凝土起层剥落漏筋等病害，严重影响桥面结构的外观形象，同时增加了桥梁运营养护的成本。


技术实现要素：

3.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种受力性能好、结构轻简化、实现预制化快速化安全化施工、结构耐久性好的防撞护栏与桥面板一体化组合桥面系结构及施工方法。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
5.一种钢壳防撞护栏与桥面板一体化组合桥面系结构，该结构安装在主梁上，所述的一体化桥面系结构包括防撞护栏构件和桥面板构件；所述的防撞护栏构件焊接在桥面板构件的两侧，组成一体化预制式结构；所述的组合桥面系结构包括若干块由防撞护栏构件与桥面板构件组成的一体化预制式结构，若干块一体化预制式结构分别吊装在主梁上，通过桥面板现浇段混凝土固定。
6.优选地，所述的钢壳防撞护栏构件包括钢外壳、钢隔板和钢封板；所述的钢外壳与钢隔板相连；所述的钢封板与钢隔板的外形相匹配；所述的钢封板焊接在钢隔板上，与钢外壳和钢隔板焊接连接为整体结构。
7.更加优选地，所述的钢外壳内侧和钢隔板上均焊接有圆柱头焊钉。
8.更加优选地，所述的钢封板的内侧设有钢封板加劲肋。
9.更加优选地，所述的防撞护栏构件内浇注有填芯混凝土；所述的填芯混凝土浇注在钢外壳和钢隔板形成的空间内。
10.优选地，所述的桥面板构件包括钢底板、钢边板和侧顶板；所述的钢边板和侧顶板安装在防撞护栏构件与桥面板构件的连接处；所述的防撞护栏构件通过钢边板和侧顶板安装在钢底板上；所述的钢边板和侧顶板上均焊接有圆柱头焊钉。
11.更加优选地，所述的桥面板构件设有钢底板加劲肋和纵横向钢筋；所述的钢底板加劲肋设置在钢底板上；所述的钢底板加劲肋上沿钢板长度方向等间隔开设有圆孔；所述的纵横向钢筋铺设在钢底板加劲肋上。
12.更加优选地，所述的桥面板构件内浇注有桥面板混凝土；所述的桥面板混凝土浇注在钢底板上，与钢底板、钢底板加劲肋和纵横向钢筋共同组成钢-混凝土组合桥面板。
13.一种用于上述任一项所述组合桥面系结构的施工方法，包括：
14.步骤1：根据工程需要，设计一体化组合桥面系结构的纵桥向分段预制方式，在工厂胎架上将焊有圆柱头焊钉的钢外壳、钢隔板，以及桥面板钢底板、钢底板加劲肋、钢边板和侧顶板组装焊接为一体化桥面系钢构件，钢底板加劲肋在钢底板上以300～600mm间距等间隔布置，将钢封板与加劲板组装焊接为封板构件；
15.步骤2：将若干块预制一体化桥面系钢构件运输至现场，吊装搁置在已架设好的主梁顶板上，将钢底板焊接固定在主梁顶板上，将相邻的一体化桥面系钢构件的钢外壳、钢底板分别焊接连接为整体；
16.步骤3：在防撞护栏构件内填充填芯混凝土至一定高度，形成钢壳-混凝土组合防撞护栏，填芯高度距离钢外壳与封板的侧面焊接线不小于100mm，铺设钢底板加劲肋上的纵横向钢筋；
17.步骤4：将钢封板与钢外壳、钢隔板焊接连接为整体；
18.步骤5：在钢底板上浇注桥面板混凝土至设计高度，形成钢-混凝土组合桥面板，桥面板与防撞护栏共同形成钢壳防撞护栏与桥面板一体化组合桥面系结构。
19.一种用于上述任一项所述组合桥面系结构的施工方法，包括：
20.步骤1：根据工程需要，设计一体化组合桥面系结构的纵桥向分段预制方式，在工厂胎架上将焊有圆柱头焊钉的钢外壳、钢隔板，以及桥面板钢底板、钢底板加劲肋、钢边板和侧顶板组装焊接为一体化桥面系钢构件，钢底板加劲肋在钢底板上以300～600mm间距等间隔布置，将钢封板与钢封板加劲板组装焊接为封板构件；
21.步骤2：在工厂内的分块预制的钢壳防撞护栏内填充填芯混凝土至一定高度，形成钢壳-混凝土组合防撞护栏，填芯高度距离钢外壳与钢封板的焊接线不小于100mm，铺设钢底板加劲肋上的纵横向钢筋；
22.步骤3：将钢封板安装在钢壳防撞护栏上，与钢外壳、钢隔板焊接连接为整体；
23.步骤4：在钢底板上浇注桥面板混凝土至设计高度，形成钢-混凝土组合桥面板，对应主梁顶板上方一定宽度范围内的桥面板混凝土暂不浇注，桥面板与防撞护栏共同形成分块预制的钢壳防撞护栏与桥面板一体化组合桥面系结构；
24.步骤5：将若干块预制一体化组合桥面系构件运输至现场，吊装搁置在已架设好的主梁顶板上，将钢底板焊接固定在主梁顶板上，将相邻的一体化桥面系钢构件的钢外壳、钢底板分别焊接连接为整体，浇注工厂预留的主梁顶板上方一定宽度范围内的桥面板现浇段
混凝土，形成完整的钢壳防撞护栏与桥面板一体化组合桥面系结构。
25.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
26.一、结构受力性能好：对于尺度较小的桥面板构件而言，防撞护栏的自重荷载在其设计时的荷载作用中占比较大，对结构受力有较大影响，通常防撞护栏的重量是在桥面板施工完成后再施加，桥面板只能被动承受该部分荷载作用，本发明采用钢壳与混凝土组合的防撞护栏技术，使得防撞护栏的施工工序可以根据结构受力需要灵活安排，通过控制护栏混凝土的浇注阶段可以使设计对桥面板的受力情况进行主动调整，从而更好地挖掘、发挥不同材料的性能优势；本发明中与钢壳防撞护栏配合采用的是钢-混凝土组合桥面板，防撞护栏钢壳内的混凝土在浇注桥面板混凝土之前进行灌注，使得护栏荷载作用引起的桥面板负弯矩均由抗拉能力强的钢结构承担，可提升结构抗拉受力性能，特别是在桥面板悬臂外挑宽度较大的情况下，能显著减小负弯矩区桥面板顶混凝土所受的拉应力；此外，钢壳-混凝土防撞护栏刚度较普通混凝土护栏大20％～30％，可提升组合梁结构的整体刚度和动力响应性能。
27.二、组合梁结构轻简化：一般组合梁桥的桥面板均与多主梁断面的组合梁体系配套使用，通过多片主梁的支撑可以缩小桥面板的计算跨径，从而减小组合梁桥面板的内力，减少结构的开裂风险，一般桥面板跨径在2～4m左右，挑臂宽度在1.5m以内；本发明通过采用钢壳防撞护栏和组合桥面板一体化的新型结构，通过调整荷载在结构上的施加顺序，充分发挥钢、混凝土的材料性能优势，可将桥面板结构跨径增加至6～8m，挑臂宽度增加至2～4m，大大扩展了组合桥面板的使用范围，因此使主梁布置间距可增大，可减少主梁数量，简化构造体系，使主体结构轻型化简素化成为可能。
28.三、预制化快速化安全化施工，提升桥梁建设工业化水平：本发明中的一体化桥面系结构均可在工厂预制，可减少现场施工作业量，防撞护栏与桥面板可穿插并行施工，加快施工速度，可较常规结构施工缩短工期50％以上，防撞护栏钢壳及桥面板钢底板即可作为混凝土的施工模板又可作为临时安全防护设施，施工人员只需在一体化结构围合的桥面内作业即可，实现免模板、免临设的安全化施工，可降低施工措施费用40％～50％，钢壳与混凝土形成组合结构共同受力，可较常规钢防撞护栏的用钢量减少约50％～60％，经济性好；整个施工过程施工质量有保证、临时设施少、施工速度快、施工费用低、安全性高、施工环境友好，工业化建造水平高。
29.四、提高结构耐久性，减少全寿命周期运维成本：本发明通过护栏与桥面板一体化施工，使得桥面板受力更合理，提升了桥面板混凝土的抗裂性能，桥面板底板采用钢板，避免了普通钢筋混凝土受拉易开裂损坏的问题，提高了其耐久性，若桥面板混凝土损坏则无需搭设支架模板等措施即可进行快速修复；防撞护栏采用钢壳结构，避免了车撞后混凝土破损以及长期使用时混凝土收缩、锈胀引起的开裂剥落等病害问题，护栏、桥面板一体化实施结构技术使桥梁结构更便于养护管理，减少了全寿命周期的维护成本。
附图说明
30.图1为本发明中采用钢壳防撞护栏与桥面板一体化组合桥面系结构的桥梁断面示意图；
31.图2为本发明中防撞护栏钢壳构件的结构断面示意图；
32.图3为本发明中防撞护栏封板构件的结构断面示意图；
33.图4为本发明中桥面板钢结构的平面示意图；
34.图5为本发明中工厂预制的一体化钢结构的断面示意图；
35.图6为本发明中预制一体化钢结构安装在主梁上并浇注护栏内混凝土的结构断面示意图；
36.图7为本发明中工厂浇注混凝土的预制一体化组合桥面系结构的断面示意图；
37.图8为本发明中工厂浇注混凝土的预制一体化组合桥面系结构现场与主梁连接为整体的断面示意图。
38.图中标号所示：
39.1、钢外壳，2、钢隔板，3、圆柱头焊钉，4、填芯混凝土，5、钢封板，6、钢封板加劲板，7、钢底板，8、钢底板加劲肋，9、钢边板，10、侧顶板，11、圆孔，12、主梁，13、纵横向钢筋，14、桥面板混凝土，15、桥面板现浇段混凝土。
具体实施方式
40.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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
41.为了改变现有技术中采用普通混凝土的防撞护栏、桥面板施工及运营期出现的问题，提高结构的受力性能和耐久性，从而提升桥梁结构品质。一种比较有效的方法就是采用钢和混凝土的一体化组合结构来替代分别施工完成的普通混凝土结构，使结构构件即作为运营阶段的永久结构又作为施工阶段的临时防护和模板结构，并通过合理的施工方法调整结构受力，充分发挥结构的材料特性。
42.本实施例涉及一种钢壳防撞护栏与桥面板一体化组合桥面系结构，其结构如图1所示，包括防撞护栏构件和桥面板构件，防撞护栏构件焊接在桥面板构件的两侧，组成一体化预制式结构，组合桥面系结构包括若干块由防撞护栏构件与桥面板构件组成的一体化预制式结构，若干块一体化预制式结构分别吊装在主梁12上，通过桥面板现浇段混凝土15固定。
43.防撞护栏构件包括钢外壳1、钢隔板2和钢封板5，钢外壳1与钢隔板2相连，钢封板5与钢隔板2的外形相匹配，钢封板5焊接在钢隔板2上，与钢外壳1和钢隔板2焊接连接为整体结构。
44.如图2所示，根据工程需要，设计一体化组合桥面系结构的纵桥向分段预制方式，一般可3～5m长度为一段，在工厂内将钢外壳1和钢隔板2组装焊接成防撞护栏的钢壳构件，钢外壳1内侧和钢隔板2上焊接有圆柱头焊钉3。
45.钢封板5的内侧设有钢封板加劲肋6，如图3所示，在工厂内将钢封板5及钢封板加劲板6组装焊接成防撞护栏的封板构件。
46.桥面板构件包括钢底板7、钢边板9和侧顶板10，钢边板9和侧顶板10安装在防撞护栏构件与桥面板构件的连接处，防撞护栏构件通过钢边板9和侧顶板10安装在钢底板7上，钢边板9和侧顶板10上均焊接有圆柱头焊钉3。
47.如图4所示，在工厂内将钢底板7、钢底板加劲肋8、钢边板9和侧顶板10组装焊接成桥面板钢构件，钢底板加劲肋8在钢底板7上以300～600mm间距等间隔布置，钢边板9和侧顶板10上焊接有圆柱头焊钉3，加劲肋8上沿钢板长度方向等间隔开设有圆孔11，通过设置圆孔11使得混凝土与钢板的结合受力更好。
48.如图5所示，在工厂内将防撞护栏的钢壳构件与桥面板钢构件组装焊接成若干块一体化的桥面系钢结构构件。
49.如图6所示，将若干块一体化的桥面系钢结构构件运输至现场，吊装搁置在已架设好的主梁12的顶板上，将桥面板钢底板7焊接固定在主梁顶板上，将相邻的一体化桥面系钢构件的钢外壳1、钢底板7分别焊接连接为整体；在钢壳防撞护栏内填充填芯混凝土4至一定高度，形成钢壳-混凝土组合防撞护栏，填芯高度应距离钢外壳与封板的侧面焊接线不小于100mm；将钢封板5运输至现场，与钢外壳1、钢隔板2焊接连接为整体，并铺设钢底板加劲肋8上的纵横向钢筋13。
50.桥面板构件设有钢底板加劲肋8和纵横向钢筋13，钢底板加劲肋8设置在钢底板7上，钢底板加劲肋8上沿钢板长度方向等间隔开设有圆孔11，纵横向钢筋13铺设在钢底板加劲肋8上。
51.桥面板构件内浇注有桥面板混凝土14，桥面板混凝土14浇注在钢底板7上，与钢底板7、钢底板加劲肋8和纵横向钢筋13共同组成钢-混凝土组合桥面板。
52.如图7所示，当桥面板混凝土14在工厂浇注时，需先浇注防撞护栏钢壳内的填芯混凝土4，将钢封板5与钢外壳1、钢隔板2焊接连接为整体，并铺设钢封板加劲肋8上的纵横向钢筋13，再浇注部分桥面板混凝土14，预留出钢主梁12顶板上方一定宽度范围的后浇带暂不浇注桥面板混凝土，形成若干块预留后浇带的一体化组合桥面系结构构件。
53.如图8所示，将若干块预留后浇带的一体化组合桥面系结构构件安装至桥位主梁12上，将钢底板7焊接固定在主梁12的顶板上，并将相邻构件的钢外壳1、钢底板7分别焊接连接为整体后，再浇注预留后浇带内的桥面板现浇段混凝土15，形成完整的钢壳防撞护栏与桥面板一体化组合桥面系结构。
54.本实施例中的主梁12为钢板梁或钢槽型梁、钢箱形梁等形式，钢底板加劲肋8根据受力需要可设计为板型、t型、倒u型、倒l型等形式。
55.本实施例还涉及上述一体化组合桥面系结构的一种施工方法，包括：
56.步骤1：根据工程需要，设计一体化组合桥面系结构的纵桥向分段预制方式，一般可3～5m长度为一段，在工厂胎架上将焊有圆柱头焊钉的防撞护栏钢外壳、钢隔板，以及桥面板钢底板、加劲肋、钢边板和侧顶板组装焊接为一体化桥面系钢构件，加劲肋在钢底板上以300～600mm间距等间隔布置，并将钢封板与加劲板组装焊接为封板构件；
57.步骤2：将若干块预制一体化桥面系钢构件运输至现场，吊装搁置在已架设好的主梁顶板上，将桥面板钢底板焊接固定在主梁顶板上，将相邻的一体化桥面系钢构件的钢外壳、钢底板分别焊接连接为整体；
58.步骤3：在钢壳防撞护栏内填充填芯混凝土至一定高度，形成钢壳-混凝土组合防撞护栏，填芯高度应距离钢外壳与封板的侧面焊接线不小于100mm，铺设钢封板加劲肋上的纵横向钢筋；
59.步骤4：将钢壳防撞护栏封板运输至现场，与钢外壳、钢隔板焊接连接为整体；
60.步骤5：在桥面板钢底板上浇注桥面板混凝土至设计高度，形成钢-混凝土组合桥面板，桥面板与防撞护栏共同形成钢壳防撞护栏与桥面板一体化组合桥面系结构。
61.本实施例还涉及上述一体化组合桥面系结构的另外一种施工方法，包括：
62.步骤1：根据工程需要，设计一体化组合桥面系结构的纵桥向分段预制方式，一般可3～5m长度为一段，在工厂胎架上将焊有圆柱头焊钉的防撞护栏钢外壳、钢隔板，以及桥面板钢底板、加劲肋、钢边板和侧顶板组装焊接为一体化桥面系钢构件，加劲肋在钢底板上以300～600mm间距等间隔布置，并将钢封板与加劲板组装焊接为封板构件；
63.步骤2：在工厂内的分块预制的钢壳防撞护栏内填充填芯混凝土至一定高度，形成钢壳-混凝土组合防撞护栏，填芯高度应距离钢外壳与封板的焊接线不小于100mm，铺设钢封板加劲肋上的纵横向钢筋；
64.步骤3：将封板安装在钢壳防撞护栏上，与钢外壳、钢隔板焊接连接为整体；
65.步骤4：在桥面板钢底板上浇注桥面板混凝土至设计高度，形成钢-混凝土组合桥面板，对应钢主梁顶板上方一定宽度范围内的桥面板混凝土暂不浇注，桥面板与防撞护栏共同形成分块预制的钢壳防撞护栏与桥面板一体化组合桥面系结构。
66.步骤5：将若干块预制一体化组合桥面系构件运输至现场，吊装搁置在已架设好的主梁顶板上，将桥面板钢底板焊接固定在主梁顶板上，将相邻的一体化桥面系钢构件的钢外壳、钢底板分别焊接连接为整体，浇注工厂预留的钢主梁顶板上方一定宽度范围内的桥面板现浇段混凝土，形成完整的钢壳防撞护栏与桥面板一体化组合桥面系结构。
67.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。