玻璃纤维筋混凝土桥梁护栏性能分析

玻璃纤维筋混凝土桥梁护栏性能分析
曾捷; 高建雨; 龚帅; 亢寒晶; 杨福宇; 闫书明
【期刊名称】《《广东公路交通》》
【年(卷),期】2019(045)005
【总页数】5页(P116-119,123)
【关键词】钢筋混凝土护栏; 玻璃纤维筋; 安全性; 经济性; 耐久性; 轻量化
【作者】曾捷; 高建雨; 龚帅; 亢寒晶; 杨福宇; 闫书明
【作者单位】深圳高速公路股份有限公司广东深圳518034; 北京华路安交通科技有限公司北京100070
【正文语种】中文
【中图分类】U443.7
0 引言
钢筋混凝土护栏是普遍应用的桥梁护栏形式，具有较高的安全性。

但钢筋混凝土护栏重量大，导致桥梁承受重量载荷较大；另一方面，护栏内部钢筋容易锈蚀，特别对于处于海洋气候环境的路段，锈蚀现象更为突出[1-3]。

寻找一种质量轻、耐腐蚀性好的材料替代钢筋作为混凝土护栏的加强筋能有效解决上述问题。

玻璃纤维筋是一种高强、轻质、耐腐蚀的新型复合材料[4-7]，作为加强筋替代钢筋而制成玻璃纤维筋混凝土桥梁护栏，可解决钢筋混凝土护栏质重、易腐蚀等问题。

玻璃纤维筋混凝土护栏较传统的钢筋混凝土护栏具有更高的安全性、较好的耐腐蚀
性、更好的施工方便性、更佳的经济性和对桥梁载荷轻量化等优点。

本文所介绍的SS级玻璃纤维筋混凝土新型桥梁护栏是基于此研发而成的一种新型护栏形式，此护栏及其内部玻璃纤维筋经相关试验验证，各项性能优良。

广东交通运输厅发布了广东省公路玻璃纤维筋混凝土护栏参考图，用于对玻璃纤维筋混凝土护栏的工程应用指导。

本文依托此SS级玻璃纤维筋混凝土新型桥梁护栏结构，针对玻璃纤维筋混凝土护栏的安全性、耐久性、经济性及轻量化等方面的性能进行分析。

1 玻璃纤维筋混凝土新型桥梁护栏结构
SS级玻璃纤维筋混凝土新型桥梁护栏结构如图1所示：迎撞面采用F型坡面，高度1.1m，底部宽0.43m，顶部宽0.215m，护栏背部垂直桥面，可根据需要在护栏顶部选择是否设置阻坎；内部的加强筋均采用玻璃纤维筋。

图1 玻璃纤维筋混凝土护栏断面(单位：mm)
2 玻璃纤维筋混凝土新型桥梁护栏的优越性
2.1 安全性
玻璃纤维筋混凝土新型桥梁护栏的安全防护性能，根据《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01-2013)规定的SS级护栏碰撞条件,进行小型客车、大型客车和大型货车三种车型的实车碰撞试验验证[8]。

表1为玻璃纤维筋混凝土新型桥梁护栏实车碰撞试验结果。

从表1可以看到，护栏对三种车型均起到了良好的阻挡和导向作用。

表2为车辆碰撞后护栏和车辆变形指标，可知护栏的阻挡和导向功能满足标准要求；其中小客车碰撞后乘员碰撞速度的纵向和横向分量分别为3.7m/s和6.4 m/s，小于12m/s；乘员碰撞后加速度纵向和横向分量分别为23.2m/s2和122.6m/s2，小于200m/s2，满足标准对护栏缓冲功能指标的要求。

表1 SS级玻璃纤维筋混凝土护栏实车碰撞试验结果车型试验结果小型客车碰撞过
程导向驶出大型客车碰撞过程导向驶出大型货车碰撞过程导向驶出
表2 车辆和护栏变形指标 (单位：m)
项目小型客车大型客车大型货车护栏最大动态变形值/D≤0.050.050.05护栏最大横向动态位移外延值/W0.450.500.50车辆最大动态外倾值/VI-0.450.45车辆最大动态外倾当量值/VIn-0.650.70
由上述实车碰撞试验结果可知，玻璃纤维筋混凝土新型桥梁护栏安全防护能力达到SS级护栏的防护要求，安全可靠。

2.2 耐久性
常规钢筋混凝土护栏由于混凝土保护层较薄且施工难以保证，容易出现钢筋锈蚀的情况，严重影响了护栏的安全防护功能和耐久性。

图2为常规钢筋混凝土护栏发生的腐蚀现象。

图2 钢筋混凝土护栏腐蚀现象
玻璃纤维筋混凝土护栏中的玻璃纤维筋具有较好的耐腐蚀性。

经试验验证，玻璃纤维筋在高温氯盐溶液中浸泡90d后质量损失为0.26%，抗拉强度平均值达到685MPa，弹性模量平均值达到45.6MPa，上述指标均满足行业标准《土木工程用玻璃纤维增强筋》JG/T406-2013的相关规定。

说明了玻璃纤维筋具有较好的耐盐性能，可以保证在海洋气候条件下具有较好的耐久性。

因此，玻璃纤维筋作为加强筋应用于混凝土护栏中，能很好解决常规钢筋混凝土护栏中钢筋的腐蚀问题，提高混凝土护栏的适用年限。

2.3 经济性
玻璃纤维筋替代普通钢筋作为混凝土护栏的加强筋可节约大量钢材，同时玻璃纤维筋比重小，所用玻璃纤维筋总重量较小，可降低护栏工程造价。

表3为某常规SS 级钢筋混凝土护栏和SS级玻璃纤维筋混凝土新型桥梁护栏每延公里造价的对比。

由表3可见，玻璃纤维筋混凝土新型桥梁护栏每延公里造价为27万元，远小于常
规钢筋混凝土护栏每延公里57万元的造价，表明玻璃纤维筋混凝土新型桥梁护栏具有较好的经济性。

表3 每延公里SS级钢筋混凝土护栏与玻璃纤维筋混凝土新型桥梁护栏对比项目类型工程量单价总价/万元总重/t常规钢筋混凝土护栏竖向钢筋直径10mm34.5t纵向钢筋直径12mm33.0t67.5t5 500元/t37.1混凝土C30498m3400元
/m319.9571245玻璃纤维筋混凝土新型桥梁护栏竖向GFRP筋纵向GFRP筋混凝土直径18mm1.3t直径12mm3.9t直径12mm3.2t8.4t15 000元
/t12.6C30362m3400元/m314.427852
2.4 轻量化
混凝土护栏一般沿桥梁长度方向全线设置，数量较多。

常规的钢筋混凝土护栏结构庞大笨重，由于其重量全部由桥梁主体结构承担，因此增加了桥梁永久载荷，可能会因桥梁过载而引发事故，如图3所示。

由于桥梁永久载荷是桥梁设计的重要参数之一，有效减少永久载荷对于提高桥梁的安全运营水平具有重要意义。

图3 桥梁过载引发的事故
玻璃纤维筋质轻，密度为1.6～2.9g/cm3[9]，约为钢材的1/4，用玻璃纤维筋作为加强筋替代常规钢筋而制成玻璃纤维筋混凝土护栏可减小护栏重量。

如表3所示，玻璃纤维筋混凝土新型桥梁护栏每延公里重852t，较常规钢筋混凝土护栏每延公里1 245t减少393t，护栏重量显著减少，从而也大大降低了桥梁承受的永久载荷，提高桥梁的安全运营水平。

另一方面，常规混凝土护栏中主要的受力构件加强筋—钢筋较重，需要花费大量的人力物力进行运输、折弯、挷扎(图4)，工程造价较大，同时钢筋在折弯和绑扎中较难施工。

而玻璃纤维筋相对较轻，可减少玻璃纤维筋在运输和施工中的人力和物力，节约成本，同时由于质轻可增加施工的方便性。

图4 混凝土护栏施工
综上所述，SS级玻璃纤维筋混凝土新型桥梁护栏经实车碰撞试验验证，安全可靠；经耐久性试验测试，护栏具有较好的耐久性；经经济性和轻量化分析比较，玻璃纤维筋混凝土护栏较常规的钢筋混凝土护栏具有更好的经济性，更加轻量化。

鉴于以上优点，玻璃纤维筋混凝土护栏的研发成果经广东省交通运输厅发布了广东省公路玻璃纤维筋混凝土护栏参考图，可用于指导实际的工程应用。

3 玻璃纤维筋新型混凝土桥梁护栏在实际工程中的应用
SS级玻璃纤维筋混凝土新型桥梁护栏已在实际工程中成功应用，图5为玻璃纤维
筋混凝土护栏在深圳外环项目的应用照片。

此护栏若在深圳外环大面积应用，按表3中每延公里较常规SS级钢筋混凝土护栏节约造价30万元算，其经济效益显著。

此外在重量方面，每延公里此护栏较常规钢筋凝土护栏减少393t，能大大减小桥
梁永久载荷，增加桥梁的安全运营水平。

由此可见，玻璃纤维筋混凝土桥梁护栏的推广应用具有重要的价值和意义。

图5 玻璃纤维筋混凝土新型桥梁护栏的应用
4 结语
玻璃纤维筋具有轻质、耐腐蚀等优点，可作为加强筋替代常规的混凝土护栏中的钢筋，能有效解决钢筋混凝土护栏存在的易腐蚀等问题。

利用玻璃纤维筋研发的玻璃纤维筋混凝土新型桥梁护栏经试验验证，其安全防护能力达到SS级，具有较高的安全性。

与传统钢筋混凝土护栏比较，玻璃纤维筋混凝土护栏具有更好的耐久性、显著的经济性、更具有轻量化。

此研究成果形成的广东省公路玻璃纤维筋混凝土护栏参考图对玻璃纤维筋混凝土护栏的推广应用和工程施工具有重要的指导意义，对今后桥梁护栏的选取提供了参考和借鉴依据。

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