UHPC节段拼装混凝土护栏防撞性能研究

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面对装配化桥梁的高速发展及服役桥梁防撞护栏装配化改造的需求,本文提出由超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)装配连接的新型节段拼装混凝土防撞护栏。本文结合试点工程介绍了该节段拼装护栏的构造和施工工艺,开展了UHPC节段拼装防撞护栏在准静态作用和冲击作用下的受力行为研究与参数分析,以及在车辆撞击下的安全性能评估。本文主要研究内容及成果如下:(1)护栏下部边界对卡车碰撞冲击力影响分析。通过对比护栏下部边界分别为直接固结、连接翼缘板以及连接整体箱梁三种情况下卡车碰撞冲击力的差异,揭示护栏下部边界条件对卡车碰撞冲击力的影响。结果表明:护栏下部边界为翼缘板和箱梁时卡车碰撞冲击力时程曲线基本一致,而护栏下部边界为直接固结则会导致卡车碰撞冲击力波峰数量减少且峰值增大。(2)UHPC竖向连接对节段拼装护栏动力抗剪影响分析。以UHPC竖向连接为研究对象,在不考虑纵向连接的情况下,对比分析了两种竖向连接形式下节段拼装护栏极限承载力与动力抗剪性能的差异;并针对具有优势的竖向连接形式进行了参数分析与构造优化。结果表明:竖向连接具有延长过渡段时,护栏的极限承载力和动力抗剪性能优于普通护栏,其中UHPC延长过渡段长度与横向配筋率为敏感参数,护栏顶部位移值随着横向配筋率的提高而降低,但下降幅度逐渐减小;翼缘板损伤则随横向配筋率的提高先大幅降低,然后缓慢升高;UHPC延长过渡段长度在覆盖翼缘板悬臂长度后,翼缘板顶部损伤显著降低。(3)UHPC纵向连接对节段拼装护栏动力抗剪影响分析。基于优化后的UHPC竖向连接构造,以具有UHPC竖向连接和纵向连接为研究对象。分析了UHPC纵向连接方式对节段拼装护栏极限承载力和动力抗剪性能的影响,并对其构造进行了参数分析。结果表明:护栏节段和纵向连接处在准静态作用下的极限承载力基本相同;在冲击作用下,节段拼装护栏发生比普通护栏更大的倒梯形屈服破坏;不同碰撞高度和速度下由竖向连接拼接的护栏变形均小于普通护栏;为保证UHPC纵向连接强度大于护栏,其纵向构造长度需与护栏纵向钢筋重叠一定范围。(4)车辆撞击下UHPC节段拼装护栏安全性能评估。开展了小型客车和载重卡车斜向碰撞节段拼装护栏的数值模拟分析,结合国内外相关规范,并将普通护栏作为参照,通过护栏最大动态位移和导向性,及车辆加速度等参数指标,评价该节段拼装护栏的安全性能。结果表明:节段护栏在小型客车和载重卡车斜向碰撞下的最大动态位移小于普通护栏,且护栏对车辆导向性良好,车辆加速度满足规范要求。
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