一種新型公路臨邊防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

周志紅，朱奇，劉艷萍

（湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410208）

0 引言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長(zhǎng)，高速公路橋梁工程一直保持著持續(xù)快速發(fā)展的勢(shì)頭，并常年加大對(duì)公路基礎(chǔ)建設(shè)的投入。在公路橋梁修建過程中，一旦發(fā)生施工安全問題就會(huì)造成巨大經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失[1]。因此，為了能夠更好地保證現(xiàn)場(chǎng)施工安全，施工期間對(duì)公路橋梁部分兩側(cè)會(huì)設(shè)置臨時(shí)臨邊防護(hù)裝置，以防范人和物體墜落的風(fēng)險(xiǎn)。隨著施工安全意識(shí)的提高，國(guó)內(nèi)高速公路橋梁施工期間設(shè)置臨時(shí)臨邊防護(hù)裝置的情況得到了極大程度的改觀。但鑒于工程施工周期、作業(yè)環(huán)境，以及無相應(yīng)管理法規(guī)條例等客觀因素下，目前臨時(shí)臨邊防護(hù)裝置存在結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)剛度不夠且材料使用不統(tǒng)一等問題。曾碩[2]主要針對(duì)目前高速公路橋梁外側(cè)防撞護(hù)欄存在的問題，闡述外側(cè)防撞護(hù)欄創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念與設(shè)計(jì)方式；王為民[3]介紹了超高層建筑施工過程中的安全防護(hù)措施的設(shè)置方式，并通過對(duì)施工過程中不同階段的安全防護(hù)措施的設(shè)置進(jìn)行分析；汪昱洲等[4]針對(duì)農(nóng)村公路的路側(cè)險(xiǎn)要路段的安全問題，提出了路側(cè)險(xiǎn)要路段的風(fēng)險(xiǎn)水平判別標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)水平等級(jí)的路側(cè)險(xiǎn)要路段采取了不同類型的安全生命防護(hù)工程對(duì)策，使其滿足“安全、有效、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用”的要求。以上研究分析均從高速公路橋梁營(yíng)運(yùn)管路階段考慮，項(xiàng)目施工階段相關(guān)研究相對(duì)較少。

1 臨時(shí)臨邊防護(hù)裝置現(xiàn)狀分析

針對(duì)公路橋梁施工期間設(shè)置臨時(shí)臨邊防護(hù)裝置現(xiàn)狀，有兩種主流設(shè)計(jì)方案。

1）在公路兩側(cè)混凝土邊緣基體上鉆孔，設(shè)置膨脹螺釘，再通過螺栓緊固的方式與防護(hù)支架連接，如圖1所示。其結(jié)構(gòu)存在一定的設(shè)計(jì)缺陷：a. 需在混凝土基體上鉆孔，有一定破壞性；b.安裝作業(yè)需現(xiàn)場(chǎng)鉆孔，造成施工成本上升的同時(shí)鉆孔作業(yè)產(chǎn)生的灰塵污染了周邊環(huán)境，并存在用電安全問題；c.臨時(shí)臨邊防護(hù)裝置回收時(shí)，需對(duì)混凝土基體重新處理，造成施工成本上升。

圖1 膨脹螺釘緊固結(jié)構(gòu)的臨邊防撞護(hù)欄

2）利用公路橋梁兩側(cè)混凝土邊緣基體中預(yù)埋鋼筋借位，采用支撐主體鋼管、斜撐加強(qiáng)鋼筋與混凝土基體中預(yù)埋鋼筋進(jìn)行焊接后，再將橫向防護(hù)鋼管與支撐主體鋼管焊接，然后掛防護(hù)網(wǎng)，最后將網(wǎng)與橫向防護(hù)鋼管之間用鐵絲捆扎綁緊，如圖2所示。其結(jié)構(gòu)的缺陷：a.需現(xiàn)場(chǎng)焊接，對(duì)混凝土基體中預(yù)埋鋼筋有一定程度損傷；同時(shí)施焊作業(yè)會(huì)污染周邊環(huán)境；b.臨時(shí)臨邊防護(hù)裝置回收時(shí)，需對(duì)鋼筋焊接處進(jìn)行切割處理，造成施工成本上升的同時(shí)又局部損傷了鋼筋本體材料；c.結(jié)構(gòu)剛度無法保障，焊點(diǎn)易脫開，存在安全隱患。

圖2 焊接結(jié)構(gòu)的臨邊防撞護(hù)欄

2 臨邊防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)上述臨時(shí)臨邊防護(hù)欄應(yīng)用現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)出一種新型臨邊防護(hù)欄結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是：采用了快裝快拆結(jié)構(gòu)，節(jié)省了安裝和拆卸時(shí)間，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度與現(xiàn)場(chǎng)施工成本；新結(jié)構(gòu)防護(hù)欄安裝過程對(duì)公路橋梁項(xiàng)目建設(shè)本身無破壞性操作，確保了施工過程質(zhì)量，很好地維護(hù)了現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境；新型防護(hù)欄周轉(zhuǎn)率高，通用性強(qiáng)，間接降低了施工成本，很好地解決了目前現(xiàn)有臨時(shí)臨邊防護(hù)裝置所存在的問題，有利于現(xiàn)場(chǎng)安全管理[5]。新型臨邊防護(hù)欄主要由支撐管焊件、防護(hù)網(wǎng)構(gòu)件、螺栓組件與鎖緊組件等零組件組成。其中支撐管焊件為主要支撐構(gòu)件，其底部結(jié)構(gòu)能兼顧適應(yīng)不同間距尺寸的預(yù)埋鋼筋，適應(yīng)性強(qiáng)，同時(shí)上部安裝耳座與防護(hù)網(wǎng)構(gòu)件兩側(cè)安裝耳座采用螺栓緊固。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示，只要混凝土路面基體中預(yù)埋鋼筋間距尺寸處于圖中尺寸L1與L2之間，則均可滿足使用要求。

圖3 支撐管焊件結(jié)構(gòu)示意圖

結(jié)合《公路工程施工安全技術(shù)規(guī)范》（JTG F90-2015）與《建筑施工高處作業(yè)安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 80-2016）規(guī)范文件要求：護(hù)欄高度宜為1.2 m，支撐管焊件間距宜為2 m以內(nèi)，欄桿底部應(yīng)設(shè)置高度不低于18 cm的擋腳板，其具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 一種新型臨邊防護(hù)欄結(jié)構(gòu)示意圖

新型臨邊防護(hù)欄裝配步驟如下：先將支撐管焊件下端部位通過鎖緊組件使之與預(yù)埋鋼筋安裝牢固，待相鄰支撐管焊件安裝完畢后，把防護(hù)網(wǎng)構(gòu)件通過螺栓組件與支撐管焊件上部耳座匹配安裝牢固。

目前新型臨邊防護(hù)欄已在湖南某高速公路橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了試裝，施工過程和試裝后效果反響良好，裝配效果如圖5所示。

3 臨邊防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)算

依據(jù)《建筑防護(hù)欄桿技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 470-2019）文件，臨邊防護(hù)欄材料擬采用熱軋Q235B鋼，屈服強(qiáng)度為235 MPa。其計(jì)算固定約束邊界條件：根據(jù)安裝方式及承受載荷情況，固定左右支撐管焊件1下部安裝底座下邊緣。其計(jì)算載荷：目前國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)臨邊護(hù)欄計(jì)算時(shí)的載荷暫無要求，參考GB 11567《汽車及掛車側(cè)面和后下部防護(hù)要求》中的規(guī)定，用直徑220 mm±10 mm 的圓形平壓頭施以1000 N的靜壓力垂直作用于該裝置外表面的各部分時(shí)，其因受力而產(chǎn)生的變形應(yīng)符合要求[6]。本文驗(yàn)算選擇施加垂直載荷在框架上部中間部位上的危險(xiǎn)工況，進(jìn)行強(qiáng)度、變形的安全校核。經(jīng)ANSYS分析軟件分析計(jì)算，其等效應(yīng)力云圖如圖6所示，總變形云圖如圖7所示。

圖6 工況等效應(yīng)力云圖

圖7 工況總變形云圖

從等效應(yīng)力云圖可看出，除支撐管焊件1上的耳座局部應(yīng)力集中外，臨邊防護(hù)欄主體結(jié)構(gòu)在此危險(xiǎn)工況下的應(yīng)力小于235 MPa， 即應(yīng)力值在材料的屈服強(qiáng)度以下；從總變形云圖可看出：臨邊防護(hù)欄的整體總變形量為70.366 mm，最大變形發(fā)生在鋼絲網(wǎng)框架上部加載區(qū)域，變形方向與實(shí)際相符。通過對(duì)臨邊防護(hù)欄在危險(xiǎn)工況下強(qiáng)度和剛度的分析計(jì)算，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工情況，防護(hù)欄的強(qiáng)度和剛度均滿足實(shí)際需求。

4 結(jié)語(yǔ)

新型公路橋梁臨時(shí)臨邊防護(hù)欄結(jié)構(gòu)充分考慮了施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，取消了現(xiàn)場(chǎng)施焊工藝，避免了安裝防護(hù)欄對(duì)橋面兩側(cè)預(yù)埋鋼筋的損傷；防護(hù)欄均采用螺栓連接形式，安裝方便牢固。目前新型臨邊防護(hù)欄已在某高速公路橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了試裝，效果反響良好，可供公路橋梁工程施工現(xiàn)場(chǎng)參考使用。