橋梁防撞護(hù)欄作為保障車輛與行人安全的末尾一道防線,其與橋梁主體結(jié)構(gòu)的連接強(qiáng)度直接決定防撞效果。連接方式的合理性不只影響護(hù)欄在撞擊時的抗變形能力,更關(guān)系到是否會因連接失效導(dǎo)致護(hù)欄脫落、橋梁主體受損等次生危險。了解不同連接方式的特點(diǎn)及穩(wěn)固性差異,對橋梁設(shè)計、施工及維護(hù)具有重要指導(dǎo)意義,成為保障橋梁運(yùn)營安全的關(guān)鍵細(xì)節(jié)。
直接錨固式連接:簡單可靠的基礎(chǔ)選擇
直接錨固式是最常見的連接方式,通過膨脹螺栓或預(yù)埋螺栓將護(hù)欄底座與橋梁主體(如橋面鋪裝層、梁體側(cè)面)直接固定。膨脹螺栓連接適用于后期加裝或改造護(hù)欄,施工時在橋梁主體鉆孔,植入螺栓后擰緊固定,單顆螺栓的抗拉承載力可達(dá) 10-20kN。預(yù)埋螺栓連接則在橋梁施工階段預(yù)先埋入螺栓,待主體結(jié)構(gòu)成型后安裝護(hù)欄,螺栓與混凝土的握裹力更強(qiáng),抗拔力比膨脹螺栓高 30%-50%。
這種方式的優(yōu)勢是結(jié)構(gòu)簡單、成本低,施工周期短(單米護(hù)欄安裝耗時約 30 分鐘),適合中小跨徑橋梁(跨徑<50 米)和防撞等級較低(A 級及以下)的場景。但缺點(diǎn)是對橋梁主體表面強(qiáng)度要求高,若橋面鋪裝層厚度不足(<10cm)或混凝土強(qiáng)度等級低(C30 以下),螺栓易因受力過大導(dǎo)致基體開裂,降低連接可靠性。
預(yù)埋件焊接式連接:強(qiáng)度場景的推薦
預(yù)埋件焊接式通過在橋梁主體中預(yù)埋鋼板,護(hù)欄立柱與預(yù)埋鋼板焊接固定,形成剛性連接。預(yù)埋鋼板通常采用 Q235 或 Q345 鋼材,厚度 8-16mm,與橋梁鋼筋骨架焊接成整體,確保傳力直接。焊接時采用坡口焊或角焊,焊縫高度不小于 8mm,焊接強(qiáng)度需達(dá)到母材強(qiáng)度的 80% 以上,單處焊接節(jié)點(diǎn)的抗剪承載力可達(dá) 50-100kN。
這種連接方式的剛性強(qiáng)、變形小,能有效傳遞撞擊力至橋梁主體,適合防撞等級高(SS 級、HS 級)的橋梁(如高速公路特大橋、跨海大橋),可承受大型車輛(載重>20 噸)的撞擊。但施工要求嚴(yán)格,預(yù)埋件位置偏差需控制在 ±5mm 以內(nèi),焊接質(zhì)量需經(jīng)無損檢測(UT 或 MT),且后期維護(hù)時若出現(xiàn)焊縫開裂,修復(fù)難度大,需專業(yè)團(tuán)隊操作。
植筋式連接:改造工程的靈活方案
植筋式連接用于既有橋梁護(hù)欄改造,通過專門膠粘劑將鋼筋植入橋梁主體鉆孔內(nèi),待膠粘劑固化后,與護(hù)欄底座鋼筋焊接或綁扎,再澆筑混凝土形成連接。植筋直徑通常為 12-20mm,埋深為直徑的 10-15 倍,膠粘劑固化后(一般 24 小時)的粘結(jié)強(qiáng)度可達(dá) 20-30MPa,與混凝土協(xié)同受力。
其優(yōu)勢是對原結(jié)構(gòu)損傷小,鉆孔直徑只比鋼筋直徑大 4-6mm,適合無法采用預(yù)埋件的老舊橋梁改造。但膠粘劑性能受環(huán)境影響大,在高溫(>60℃)、高濕(相對濕度>90%)或凍融環(huán)境下,粘結(jié)強(qiáng)度可能下降 20%-40%,需選用耐候性強(qiáng)的改性環(huán)氧樹脂膠粘劑,并在施工后進(jìn)行拉拔試驗(yàn)(抽檢比例 5%),確保植筋抗拔力達(dá)標(biāo)。
混凝土澆筑式連接:整體性強(qiáng)的長效選擇
混凝土澆筑式將護(hù)欄與橋梁主體通過現(xiàn)澆混凝土形成整體,護(hù)欄底座與橋梁翼緣板或橋面系鋼筋綁扎連接后,澆筑 C30-C50 混凝土,形成寬 30-50cm、厚 20-40cm 的連接帶。這種方式使護(hù)欄與主體結(jié)構(gòu)成為連續(xù)受力體,抗傾覆能力強(qiáng),適合曲線橋梁或需要承受側(cè)向力較大的場景。
其特點(diǎn)是耐久性好,無螺栓松動、焊縫銹蝕等問題,使用壽命與橋梁主體基本一致(50 年以上)。但施工周期長(需 7-14 天養(yǎng)護(hù)期),成本較高(比直接錨固式高 50%-80%),且對施工精度要求高,連接帶混凝土需與主體結(jié)構(gòu)結(jié)合緊密,避免出現(xiàn)蜂窩、麻面等缺陷,否則易形成受力薄弱區(qū)。
榫卯式連接:抗震場景的創(chuàng)新方案
榫卯式連接借鑒傳統(tǒng)建筑工藝,護(hù)欄底座設(shè)榫頭,橋梁主體預(yù)留卯槽,安裝時將榫頭插入卯槽后灌注強(qiáng)灌漿料(抗壓強(qiáng)度≥60MPa),通過榫卯結(jié)構(gòu)與灌漿料的粘結(jié)力傳遞荷載。這種方式的抗剪性能優(yōu)異,能適應(yīng)橋梁在溫度變化、車輛制動等作用下的微量變形,減少連接節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力集中。
其優(yōu)勢是抗震性能好,在地震烈度 7 度及以上地區(qū)使用時,連接節(jié)點(diǎn)的位移延性比剛性連接高 2-3 倍,適合地震多發(fā)區(qū)橋梁。但對構(gòu)件加工精度要求高,榫頭與卯槽的間隙需控制在 2-5mm,否則灌漿料難以填充密實(shí),且灌漿料的養(yǎng)護(hù)需嚴(yán)格控制溫濕度(溫度 20±2℃,濕度≥90%),施工難度較大,目前主要應(yīng)用于特殊橋梁工程。
連接方式的穩(wěn)固性對比與選擇
不同連接方式的穩(wěn)固性需結(jié)合受力性能、環(huán)境適應(yīng)性綜合判斷。從抗撞擊能力看,預(yù)埋件焊接式和混凝土澆筑式的整體性能更優(yōu),在 100kN 側(cè)向力作用下,節(jié)點(diǎn)位移量<5mm,遠(yuǎn)小于直接錨固式的 10-15mm;從耐久性看,混凝土澆筑式和榫卯式因無外露金屬構(gòu)件,抗銹蝕能力強(qiáng),在沿海高鹽霧環(huán)境下壽命比焊接式長 20-30 年。
選擇時需匹配橋梁場景:城市橋梁(車流量大、防撞等級 B 級)可選用預(yù)埋件焊接式;鄉(xiāng)村公路橋梁(預(yù)算有限、防撞等級 A 級)適合直接錨固式;既有橋梁改造優(yōu)先考慮植筋式;抗震設(shè)防區(qū)或大跨徑橋梁(跨徑>100 米)則推薦榫卯式或混凝土澆筑式。無論哪種方式,施工后都需進(jìn)行現(xiàn)場載荷試驗(yàn),側(cè)向力加載至設(shè)計值的 1.2 倍時,節(jié)點(diǎn)無塑性變形或破壞,方可判定為合格。
隨著橋梁建設(shè)向重載化、大型化發(fā)展,連接方式正朝著 “強(qiáng)度高、易維護(hù)、長壽命” 方向創(chuàng)新,如采用耐候鋼預(yù)埋件、自修復(fù)灌漿料等新材料,提升連接可靠性。這些技術(shù)創(chuàng)新如何進(jìn)一步提升橋梁防撞系統(tǒng)的安全性,值得行業(yè)持續(xù)關(guān)注。