一种护栏配筋方法及利用该配筋校核与悬臂板匹配的方法与流程

本发明属于桥梁护栏，尤其涉及一种护栏配筋方法及利用该配筋校核与悬臂板匹配的方法。

背景技术：

0、技术背景

1、桥梁混凝土f型护栏是公路桥梁中常用的一种重要的护栏形式，其特点是属于刚性护栏的一种，在碰撞事故中不发生变形，以车辆爬高、导向、变形及接触面之间的摩擦等形式来实现碰撞能量的吸收和转移。混凝土f型护栏刚度较大，不仅对车辆的阻碍效果显著，而且对碰撞后车辆的稳定性表现良好。其中迎撞面上部的坡度设置较大，可以有效避免车辆翻越护栏，迎撞面下部的坡度设置较小，主要用于引导事故车辆沿着护栏竖向抬高，从而使得事故车辆的初始动能转化成重力势能。

2、基于使用经验，相关规范规定了混凝土f型护栏的迎撞面形式及不同防撞等级对应的高度，但是具体的配筋并未给出。导致很多混凝土f型护栏虽然构造满足规范要求，但配筋和对应的护栏等级、桥面板悬臂等并不匹配。不同的设计人员配筋形式各异，选用的钢筋直径各异，且经常出现护栏配筋和桥面板悬臂配筋不匹配的情况，难以保证护栏配筋图纸的准确性与合理性，给行车带来巨大的安全隐患。因此，桥梁混凝土f型护栏设计过程中急需提出一种自动化配筋及校核方法，从而简化复杂的设计计算流程，保证护栏设计安全，实现设计、校核一体化，提高设计效率。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种护栏配筋方法及利用该配筋校核与悬臂板匹配的方法。通过输入少量参数即可利用程序自动设计护栏配筋并校核护栏和悬臂板的匹配性，最终提高设计效率，保证护栏设计安全，提高行车安全性。

2、本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

3、一种护栏配筋方法，在数据输入模块输入参数，通过配筋模块计算计算所需要的护栏箍筋直径d2，根据d2与配筋参数确定护栏配筋；

4、所述的数据输入模块为获取用户输入的设计参数的功能模块，所述设计参数包括截面构造参数、配筋参数；

5、截面构造参数包括护栏等级m、护栏的汽车横向碰撞荷载标准值rw、碰撞荷载分布纵向长度lt、护栏高度h、护栏宽度b、混凝土护栏轴心抗压强度标准值fck；

6、配筋参数包括护栏纵筋直径d1、护栏纵筋竖向间距l1、护栏箍筋纵向钢筋间距l2、护栏钢筋保护层厚度c1、护栏钢筋屈服强度标准值fyk；

7、所述的配筋模块为根据数据输入模块中的截面构造参数和配筋参数，推导计算所需要的护栏箍筋直径d2。

8、本发明的进一步技术：

9、优选的，所述护栏为桥梁混凝土f型护栏，护栏等级m包括a、sb、sa、ss、hb、ha级。

10、优选的，所述数据输入模块中的参数为桥梁混凝土f型护栏设定具有唯一性的设计参数，共同形成桥梁混凝土f型护栏。

11、优选的，配筋参数中，护栏纵筋直径d1＝12mm，护栏纵筋竖向间距l1＝100～150mm，护栏箍筋纵向钢筋间距l2＝150～250mm，护栏钢筋保护层厚度c1＝45～50mm，护栏钢筋屈服强度标准值fyk＝400mpa。

12、优选的，所述配筋模块采用以下步骤进行：

13、步骤1、采用分段法对护栏截面进行分段，所述护栏的分段法为：通过数据输入模块解析出的护栏构造，将不规则的护栏构造断面划分为3个部分，包括上部、中部和下部。每个部分捕捉每个断面的参数，记为{i1,i2,i3}，具体包括的顶部宽度btn，底部宽度bbn，截面高度hmn，表达式记为in＝{btn,bbn,hmn}，n＝1～3；

14、步骤2、计算各个部分的竖向轴的弯曲承载力矩，记为mwn，mwn由式(1)计算获得；

15、

16、式(1)中：

17、as1为护栏纵向钢筋中心至混凝土表面的距离，取67～70mm；

18、swn为截面高度hmn范围内，迎撞面护栏纵筋的总面积；

19、步骤3、桥梁护栏的破坏形式分为两种，第一种破坏形式发生在护栏高度h处底部o处，第二种发生在迎撞面拐点q处。第一种破坏形式下，护栏关于竖向轴的弯曲承载力矩记为mw′，由式(2)计算获得，第二种破坏形式下，护栏关于竖向轴的弯曲承载力矩记为mw″，由式(3)计算获得；

20、mw′＝mw1+mw2+mw3     (2)

21、mw″＝mw1+mw2          (3)

22、步骤4、根据第一种破坏形式下护栏关于竖向轴的弯曲承载力矩mw′，计算第一种破坏形式下护栏破坏的临界长度lc′和桥梁纵轴的弯曲承载力矩mc′，由式(4)、(5)计算获得；

23、

24、

25、步骤5、根据第二种破坏形式下护栏关于竖向轴的弯曲承载力矩mw″，计算第二种破坏形式下护栏破坏的临界长度lc″和桥梁纵轴的弯曲承载力矩mc″，由式(6)、(7)计算获得；

26、

27、

28、步骤6、比较mc′和mc″，取最大值作为桥梁纵轴的弯曲承载力矩mc；

29、步骤7、第一种破坏形式下，内部自定义参数b′、hm′由式(8)、(9)计算获得，第二种破坏形式下，参数b″、hm″由式(10)、(11)计算获得；

30、

31、hm′＝hm1+hm2+hm3    (9)

32、

33、hm″＝hm1+hm2   (11)

34、步骤8、根据步骤6获得的mc及步骤7获得的参数b′、hm′、b″、hm″，由式(12)、(13)计算获得第一种破坏形式下护栏箍筋的总面积s′、第二种破坏形式下护栏箍筋的总面积s″；

35、

36、

37、步骤9、取s′、s″中的最大值，记为s，直径d2由式(14)计算获得；

38、

39、式(14)中：

40、s为纵向1m范围内护栏箍筋的总面积；

41、as2护栏箍筋钢筋中心至混凝土表面的距离，取53～55mm；

42、步骤7、取第一种破坏形式和第二种破坏形式下所求得的护栏箍筋直径的最大值，则采用向上取整的原则，得到整数值作为最终护栏箍筋直径d2。

43、本发明还提供一种利用上述配筋校核与悬臂板匹配的方法，在数据输入模块中输入悬臂板参数，配合护栏箍筋直径d2，通过校核模块为校核悬臂板的承载能力mn和悬臂板所承担的弯矩总和mu，mn＞mu，则判定满足桥面板悬臂计算满足要求；

44、悬臂板参数包括悬臂板厚度d、悬臂板钢筋保护层厚度c、悬臂板横向钢筋直径d、悬臂板计算截面至护栏迎撞面的距离lds、悬臂板横向钢筋屈服强度标准值fykb、悬臂板轴心抗压强度标准值fckb；

45、所述校核模块具体采用以下步骤进行：

46、步骤1、根据计算得到的护栏箍筋直径d2，计算第一种破坏形式下桥梁纵轴的弯曲承载力矩mc，mc由式(15)计算获得；

47、

48、步骤2、计算悬臂板的承载能力mn，mn由式(16)～(19)计算获得；

49、

50、

51、

52、

53、式(16)～(19)中：

54、lds为计算截面至护栏迎撞面的距离；

55、t为碰撞荷载引起的桥面板内轴向拉力；

56、h0为桥面板截面的有效高度；

57、as为桥面板纵向每延米范围内横向钢筋面积；

58、x为悬臂板混凝土受压区高度；

59、步骤3、计算悬臂板所承担的弯矩总和mu，mu由式(20)、(21)计算获得：

60、mu＝mcu+ms+mb(20)

61、

62、式(20)、(21)中：

63、mcu为桥面板计算截面处护栏纵向承载力矩；

64、ms为悬臂板重力在计算截面处引起的弯矩，由程序根据护栏和悬臂板构造计算得出；

65、mb为护栏重力在计算截面处引起的弯矩，由程序根据护栏构造计算得出；

66、步骤4、mn＞mu，则判定满足护栏承载能力要求；

67、mn<mu，则判定需要加强悬臂板配筋，重新调整悬臂板横向钢筋直径d，再次求解，直到mn＞mu。

68、本发明的有益技术效果是：

69、(1)本发明一种护栏配筋方法及利用该配筋校核与悬臂板匹配的方法，通过将数据输入模块、配筋模块、校核模块集成在一个数据库中，实现用户通过输入较少的参数，即可自动设计护栏配筋及校核护栏和桥面板悬臂的匹配性。

70、(2)本发明一种护栏配筋方法及利用该配筋校核与悬臂板匹配的方法，无需设计人员进行复杂的手动计算、校核、从而减少了出错概率，简化了复杂的混凝土f型护栏配筋设计计算流程，提高了护栏配筋设计安全性，实现设计、校核一体化。

71、(3)本发明一种护栏配筋方法及利用该配筋校核与悬臂板匹配的方法，通过校核模块可检验护栏与悬臂板的匹配性，避免了设计人员盲目提高护栏的承载能力，而忽略了碰撞荷载下护栏和悬臂板承载能力的匹配性，大大提高了设计人员对护栏配筋设计的认识，提高配筋计算的准确性，更好的指导设计，确保行车安全。