崔學(xué)常，張錫祥，巫祖烈

(1.云南省保山市重點(diǎn)公路建設(shè)管理處，云南 保山 678000；2.重慶交通大學(xué)，重慶 400074)

FRP橋梁人行道欄桿工程應(yīng)用效果研究

崔學(xué)常1，張錫祥2，巫祖烈2

(1.云南省保山市重點(diǎn)公路建設(shè)管理處，云南 保山 678000；2.重慶交通大學(xué)，重慶 400074)

結(jié)合實(shí)橋欄桿結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)受力計(jì)算、結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)和工程應(yīng)用檢驗(yàn)，介紹新型纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)橋梁人行道欄桿工程應(yīng)用效果的全新研究結(jié)果。這種新型欄桿的結(jié)構(gòu)形式為FRP拉擠型材標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件采用榫鉚連接工藝制成的FRP柵欄型欄桿，具有結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)自重較輕、超載安全性較好、溫變伸縮自由且不露痕跡、結(jié)構(gòu)造型美觀、耐蝕性和保潔性優(yōu)、工業(yè)化施工程度高、質(zhì)量和工期可控性強(qiáng)、工程造價(jià)合理、使用期維修養(yǎng)護(hù)節(jié)省等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于腐蝕介質(zhì)環(huán)境橋梁及后期維修養(yǎng)護(hù)較難或成本較高的橋梁，這種新型欄桿具有明顯的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

橋梁工程；纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；橋梁人行道欄桿；工程應(yīng)用效果

0 引 言

橋梁人行道欄桿的最優(yōu)設(shè)計(jì)目標(biāo)為：①結(jié)構(gòu)安全且自重較輕和溫變伸縮自由；②造型美觀且耐蝕性和保潔性優(yōu)；③工業(yè)化施工程度高且質(zhì)量和工期可控性強(qiáng)；④工程造價(jià)合理且后期維修和養(yǎng)護(hù)節(jié)省[1-3]。

目前，鋼、混凝土材質(zhì)的橋梁人行道欄桿是當(dāng)今橋梁工程應(yīng)用最多也最成熟的欄桿類型，能滿足結(jié)構(gòu)安全、造型美觀、溫變伸縮自由、工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)。橋梁工程師試圖通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化和施工技術(shù)改進(jìn)等努力使這兩類欄桿的最優(yōu)設(shè)計(jì)目標(biāo)全部達(dá)標(biāo)，但因欄桿材料的先天缺陷制約而未能實(shí)現(xiàn)，于是嘗試采用新型纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(fiber reinforced polymer，F(xiàn)RP)設(shè)計(jì)、制造橋梁人行道欄桿，期望借助FRP材料輕質(zhì)高強(qiáng)、完全彈性、耐腐蝕、耐疲勞的材料優(yōu)勢(shì)及“可設(shè)計(jì)性強(qiáng)”、“可加工性強(qiáng)”的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使這種新型欄桿達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)目標(biāo)，并勝任未來(lái)橋梁發(fā)展對(duì)橋梁構(gòu)件提出的“結(jié)構(gòu)減重”、“耐久性提高”及“實(shí)現(xiàn)工業(yè)化施工”的更高技術(shù)要求[3-6]。

我國(guó)FRP橋梁人行道欄桿的早期研發(fā)試用始于20世紀(jì)80年代，于1986年建成的東北嫩江公路大橋GFRP人行道欄桿是首項(xiàng)應(yīng)用工程。該工程的目的是更換原橋破損混凝土欄桿實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)減重。通過(guò)工廠手糊成型欄桿構(gòu)件和現(xiàn)場(chǎng)膠粘連接加鉚釘連接，組裝成整體欄桿完成施工，靜力試驗(yàn)和工程竣工驗(yàn)收檢驗(yàn)滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求〔4〕。FRP橋梁人行道欄桿較系統(tǒng)、全面地研發(fā)應(yīng)用始于本世紀(jì)初，重慶交通大學(xué)先后研發(fā)出GFRP寶瓶式柵欄型欄桿〔圖1(a)〕和GFRP板條式柵欄型欄桿〔圖1(b)〕并應(yīng)用于16座實(shí)橋工程(表1)，將欄桿的應(yīng)用效果從最初的“主要注重結(jié)構(gòu)安全和造型美觀”上升到今天的“同時(shí)注重結(jié)構(gòu)安全、造型美觀和工業(yè)化施工技術(shù)”的新高度。通過(guò)對(duì)GFRP板條式柵欄型欄桿的工程應(yīng)用情況回訪調(diào)查和總結(jié)分析認(rèn)為，經(jīng)近10余年更全面的工程應(yīng)用檢驗(yàn)證明，F(xiàn)RP橋梁人行道欄桿滿足橋梁人行道欄桿的最優(yōu)設(shè)計(jì)目標(biāo)，具備未來(lái)橋梁構(gòu)件要求具備的“結(jié)構(gòu)減重”、“耐久性提高”及“實(shí)現(xiàn)工業(yè)化施工”的技術(shù)能力[3]。筆者介紹了FRP橋梁人行道欄桿工程應(yīng)用效果，即總結(jié)了FRP橋梁人行道欄桿工程理論研究結(jié)果，研究成果可供橋梁人行道欄桿設(shè)計(jì)比選參考。

圖1 FRP寶瓶式及板條式柵欄型橋梁人行道欄桿形式Fig.1 Shape of the bottle and batten fence-type FRP bridge sidewalk railing

序號(hào)橋名欄桿類型欄桿長(zhǎng)度l/m制造工藝建成時(shí)間工程應(yīng)用效果1重慶內(nèi)環(huán)快速路金渝立交橋GFRP寶瓶式柵欄型欄桿196.0手糊成型2002.12結(jié)構(gòu)完好,從未維修養(yǎng)護(hù)2重慶渝北區(qū)金山大道319跨線橋GFRP寶瓶式柵欄型欄桿136.4手糊成型2003.04結(jié)構(gòu)完好,從未維修養(yǎng)護(hù)3重慶渝北區(qū)經(jīng)開大道李家院子立交橋GFRP寶瓶式柵欄型欄桿190.0手糊成型2003.10結(jié)構(gòu)完好,從未維修養(yǎng)護(hù)4重慶高新區(qū)高廟村高架橋GFRP寶瓶式柵欄型欄桿328.0手糊成型2004.05結(jié)構(gòu)完好,從未維修養(yǎng)護(hù)5重慶長(zhǎng)壽區(qū)迎賓大道騎鞍橋GFRP寶瓶式柵欄型欄桿76.0手糊成型2005.01結(jié)構(gòu)完好,從未維修養(yǎng)護(hù)6重慶江北區(qū)玉帶山支路橋GFRP寶瓶式柵欄型欄桿40.0手糊成型2005.02結(jié)構(gòu)完好,從未維修養(yǎng)護(hù)7重慶渝北區(qū)金山大道邱堡跨線橋GFRP寶瓶式柵欄型欄桿99.4手糊成型2005.08結(jié)構(gòu)完好,從未維修養(yǎng)護(hù)8成都龍泉區(qū)飛龍橋等三座橋梁GFRP寶瓶式柵欄型欄桿210.0手糊成型2006.12結(jié)構(gòu)完好,從未維修養(yǎng)護(hù)9重慶沙濱路-嘉陵路連接段橋梁GFRP寶瓶式柵欄型欄桿83.2手糊成型2007.10結(jié)構(gòu)完好,從未維修養(yǎng)護(hù)10云南龍陵縣香柏河大橋GFRP板條式柵欄型欄桿1036.0機(jī)械成型2012.04結(jié)構(gòu)完好,從未維修養(yǎng)護(hù)11重慶涪陵區(qū)李子灣大橋GFRP板條式柵欄型欄桿390.0機(jī)械成型2012.06結(jié)構(gòu)完好,從未維修養(yǎng)護(hù)12云南龍陵縣龍川江大橋GFRP板條式柵欄型欄桿1243.0機(jī)械成型2012.10結(jié)構(gòu)完好,從未維修養(yǎng)護(hù)13斯里蘭卡中水大橋GFRP板條式柵欄型欄桿580.0機(jī)械成型2013.08結(jié)構(gòu)完好,從未維修養(yǎng)護(hù)14重慶長(zhǎng)壽區(qū)化南路東延橋GFRP寶瓶式柵欄型欄桿140.0手糊成型2014.06結(jié)構(gòu)完好,從未維修養(yǎng)護(hù)

1 FRP欄桿結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)研究

FRP材料種類較多，力學(xué)性能差別較大(表2)[3]，從欄桿材料費(fèi)效比最優(yōu)考慮，F(xiàn)RP橋梁人行道

欄桿材料宜選用力學(xué)性能相對(duì)較優(yōu)且工程造價(jià)相對(duì)較低的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(GFRP)。

表2 橋梁工程常用FRP材料的力學(xué)性能比較

注：表中FRP材料的纖維體積含量Vf=60%， FRP材料的力學(xué)性能均為室溫性能。

GFRP結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度較高(與結(jié)構(gòu)鋼材相當(dāng))、彈性模量較低(約為結(jié)構(gòu)鋼材的1/10)且材料單價(jià)較高(高出結(jié)構(gòu)鋼材單價(jià)約10倍)，從欄桿構(gòu)件費(fèi)效比最優(yōu)考慮，欄桿構(gòu)件形式宜設(shè)計(jì)成材料用量最省且彎扭剛度最大的箱型薄壁桿件。

FRP構(gòu)件采用陰模機(jī)械成型，結(jié)構(gòu)性能和外觀效果最好，構(gòu)件間榫鉚連接比膠粘、螺栓連接更牢、更美并更易工業(yè)化施工。從欄桿施工費(fèi)效比最優(yōu)考慮，F(xiàn)RP橋梁人行道欄桿施工，宜采用先拉擠成型標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件再榫鉚連接組裝成整體欄桿的工業(yè)化施工技術(shù)。

基于上述分析，結(jié)合橋梁人行道欄桿“最優(yōu)設(shè)計(jì)目標(biāo)”和未來(lái)橋梁構(gòu)件“結(jié)構(gòu)減重”、“耐久性提高”及“實(shí)現(xiàn)工業(yè)化施工”要求綜合考慮，筆者設(shè)計(jì)出由GFRP欄桿排架與GFRP欄桿望柱通過(guò)榫鉚連接組成的FRP板條式柵欄型欄桿(圖2)，作為這種新型欄桿的代表結(jié)構(gòu)形式。在此，GFRP欄桿排架，為GFRP欄桿扶手、上下橫欄、中間豎欄密配合榫鉚連接構(gòu)成的兩端帶懸臂的FRP排架結(jié)構(gòu)；GFRP欄桿望柱，為底端錨固在橋面系人行道外縱梁中的FRP懸臂梁構(gòu)件。并且，F(xiàn)RP欄桿扶手、上下橫欄、中間豎欄及望柱，均為拉擠成型的GFRP箱型截面薄壁桿件類板條式標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件。

圖2 FRP板條式柵欄型橋梁人行道欄桿標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段形式Fig.2 Shape of the standardized element for the batten fence-type FRP sidewalk railing in the bridge

FRP橋梁人行道欄桿的設(shè)計(jì)荷載，為人群作用于欄桿上的水平力與豎向力，JTG D 60—2004《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》、CJJ 11—2011《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》及CJJ 69—95《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》對(duì)其設(shè)計(jì)取值規(guī)定各異〔5〕，在此統(tǒng)一地取3規(guī)范的最大值作為設(shè)計(jì)值，其荷載集度分別為2.5和1.2 kN/m。欄桿設(shè)計(jì)的最不利荷載工況，為水平力作用荷載工況。欄桿設(shè)計(jì)荷載下的側(cè)向水平位移限值，因3規(guī)范均未明確規(guī)定，故參照文獻(xiàn)[5]取為欄桿望柱高度的1/100。欄桿的設(shè)計(jì)使用年限，參照我國(guó)FRP構(gòu)件的實(shí)際使用時(shí)間，確定其不需養(yǎng)護(hù)的設(shè)計(jì)使用年限不小于50年〔7〕。

2 FRP欄桿工程應(yīng)用效果研究

2.1 FRP欄桿工程應(yīng)用的結(jié)構(gòu)效果研究

2.1.1 欄桿結(jié)構(gòu)安全效果研究

采用結(jié)構(gòu)受力計(jì)算和結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)方法，研究了圖2結(jié)構(gòu)形式的FRP橋梁人行道欄桿設(shè)計(jì)荷載下的結(jié)構(gòu)安全性及超載作用下的結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備。

欄桿結(jié)構(gòu)計(jì)算及結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，分別選取實(shí)橋欄桿的1個(gè)和3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段(L=4 m)作為計(jì)算模型和試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

結(jié)構(gòu)計(jì)算采用MIDAS軟件，其有限元模型如圖3。結(jié)構(gòu)試驗(yàn)采用等效集中力加載方式對(duì)欄桿扶手和望柱控制截面進(jìn)行加載。欄桿望柱試驗(yàn)的加載截面為望柱與扶手頂面交界位置截面，其加載方式如圖4。兩類模型的欄桿構(gòu)件截面形式及尺寸如圖5，構(gòu)件的材料性能參數(shù)如表3。欄桿水平荷載工況的計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果如表4。表4中欄桿扶手跨中截面(J1截面)、距跨中0.7 m處截面(J2截面)和望柱根部截面(J3截面)的應(yīng)力試驗(yàn)值根據(jù)這3個(gè)截面的應(yīng)變實(shí)測(cè)值計(jì)算得到，其截面應(yīng)變片布置如圖6。

圖3 FRP橋梁人行道欄桿的有限元計(jì)算模型Fig.3 Finite element model of FRP bridge sidewalk railing

圖4 欄桿望柱水平力靜載試驗(yàn)加載方式Fig.4 Static loading test of the baluster of rail under horizontal forces

圖5 FRP橋梁人行道欄桿的構(gòu)件截面形式及尺寸Fig.5 Sectional shape and scale of FRP bridge sidewalk railing components

容重γ/(kN·m-3)拉伸強(qiáng)度f(wàn)t/MPa壓縮強(qiáng)度f(wàn)c/MPa彈性模量E/GPa縱橫向泊松比υ軸向線膨脹系數(shù)α18.0≥200.0≥100.0≥10.00.1531×10-5

圖6 FRP欄桿扶手和望柱控制截面應(yīng)變片布置示意Fig.6 Layout of strain gauge of the critical sections both in FRP railing hand and baluster

欄桿構(gòu)件控制截面最大彎曲應(yīng)力/MPaσb0σb1最大水平位移/mmu0u1實(shí)測(cè)殘余位移Δu0絕對(duì)值/mm相對(duì)值/%計(jì)算值試驗(yàn)值計(jì)算值試驗(yàn)值計(jì)算值試驗(yàn)值計(jì)算值試驗(yàn)值欄桿扶手跨中截面2.561.564.032.282.552.314.014.230.208.0欄桿扶手距跨中0.7m截面7.112.5610.943.363.553.015.225.450.3410.2欄桿望柱根部截面10.537.3015.1910.48——————欄桿望柱頂部截面————9.988.8414.9613.780.171.8

注：σb0，σb1分別為設(shè)計(jì)荷載下及超載50%下的最大彎曲應(yīng)力；u0，u1分別為設(shè)計(jì)荷載下及超載50%下的最大水平位移；Δu0為設(shè)計(jì)荷載下的實(shí)測(cè)殘余位移。

由表4可知，欄桿扶手和望柱分別受2.5 kN/m的設(shè)計(jì)荷載(標(biāo)載)和超出設(shè)計(jì)荷載50%的超載作用下，各控制截面的最大彎曲應(yīng)力未超過(guò)16 MPa，遠(yuǎn)小于材料的彎曲強(qiáng)度200 MPa，表明欄桿強(qiáng)度較富裕；扶手跨中截面和望柱頂部截面的實(shí)測(cè)最大水平位移分別為2.31(標(biāo)載)、 4.23(超載)和8.84(標(biāo)載)、13.78 mm(超載)，相對(duì)位移分別為L(zhǎng)/1 732(標(biāo)載)、L/945(超載)和H/149(標(biāo)載)、H/96(超載)；扶手和望柱設(shè)計(jì)荷載撤除后的實(shí)測(cè)最大相對(duì)殘余位移約10 %，小于規(guī)范限值20 %；表明欄桿剛度滿足設(shè)計(jì)要求。圖7為欄桿扶手和望柱控制截面的實(shí)測(cè)荷載-位移曲線。由圖7可知，二者曲線在標(biāo)載和超載下具有較好的線性關(guān)系，表明欄桿全程在接近線彈性的彈性狀態(tài)下工作。據(jù)此判定：欄桿設(shè)計(jì)荷載下的結(jié)構(gòu)安全較富裕，超載50 %的結(jié)構(gòu)安全有保證；荷載撤除后變形基本能恢復(fù)，超載使用的安全性比鋼、混凝土欄桿高。

圖7 欄桿扶手和望柱控制截面水平力作用下的荷載-位移曲線Fig.7 Load-displacement curves of the critical sections in the railing hand and baluster under the action of horizontal forces

表4中應(yīng)力計(jì)算值與實(shí)測(cè)值差別較大的原因是欄桿排架各構(gòu)件間的榫鉚連接及排架與望柱間的榫鉚連接準(zhǔn)確模擬計(jì)算較難，在此偏危險(xiǎn)地采用了鉸接約束進(jìn)行模擬計(jì)算，使扶手和望柱接近單個(gè)桿件受力而將其應(yīng)力算大了。但此工況的構(gòu)件應(yīng)力仍遠(yuǎn)小于其強(qiáng)度，表明欄桿按此保守計(jì)算仍然安全且強(qiáng)度較富裕。

2.1.2 欄桿結(jié)構(gòu)減重效果研究

圖2結(jié)構(gòu)形式的FRP橋梁人行道欄桿，單側(cè)每延米自重約0.35 kN，約為鋼欄桿自重的1/4和混凝土欄桿自重的1/8。這種結(jié)構(gòu)減重作用可有效地減輕橋面系恒載，使其在“橋梁向更大跨徑發(fā)展”的技術(shù)進(jìn)步中有所作為和貢獻(xiàn)。

2.1.3 欄桿結(jié)構(gòu)溫變位移效果研究

圖2結(jié)構(gòu)形式的FRP橋梁人行道欄桿，因欄桿排架與望柱之間及欄桿排架內(nèi)部各構(gòu)件之間均采用密配合式榫鉚連接，各構(gòu)件的軸向位移自由但其它方向位移受到約束，故欄桿能在保證其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的同時(shí)自由溫變伸縮位移；又因欄桿排架的扶手和橫欄兩端榫頭鉚入望柱對(duì)應(yīng)榫槽中留有榫頭縱向伸縮裕量(每端2 cm)，故欄桿的最大縱向(順橋向)溫變伸縮位移可在望柱榫槽中自由實(shí)現(xiàn)且不露痕跡，并使其溫變伸縮位移不對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加位移約束。

2.2 FRP欄桿工程應(yīng)用的功能效果研究

2.2.1 欄桿美觀功能效果研究

圖2結(jié)構(gòu)形式的FRP橋梁人行道欄桿，結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)線性流暢，具有美觀、大氣的外觀效果，特別適用于大、中跨徑公路橋梁和城市橋梁的人行道欄桿。

2.2.2 欄桿耐蝕功能效果研究

因FRP橋梁人行道欄桿的材料為玻璃纖維(GF)增強(qiáng)不飽和聚酯樹脂(UP)復(fù)合材料(GFRP)，自耐酸堿鹽介質(zhì)腐蝕〔8〕，野外自然環(huán)境下的老化壽命大于50 a〔7〕，故欄桿使用期無(wú)銹蝕、老化破壞隱患，比鋼、混凝土欄桿更適用于腐蝕介質(zhì)環(huán)境的橋梁。

2.2.3 欄桿保潔功能效果研究

圖2結(jié)構(gòu)形式的FRP橋梁人行道欄桿，采用拉擠成型工藝工廠機(jī)械化成型欄桿構(gòu)件，不僅構(gòu)件的材料致密性好，而且構(gòu)件表面光潔度高。欄桿這種材料致密和高光潔度效果，可降低欄桿構(gòu)件表面的塵垢附著并使所附塵垢易被雨水沖洗干凈，表明FRP橋梁人行道欄桿的自身保潔性較優(yōu)。

2.3 FRP欄桿工程應(yīng)用的施工效果研究

2.3.1 欄桿工業(yè)化施工效果研究

圖2結(jié)構(gòu)形式的FRP橋梁人行道欄桿施工，先工廠機(jī)械拉擠成型欄桿標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件和數(shù)控機(jī)床機(jī)械成孔榫槽組裝成欄桿排架，再現(xiàn)場(chǎng)將欄桿排架與望柱通過(guò)榫鉚連接組裝成整體欄桿。因欄桿施工的大部份作業(yè)在工廠機(jī)械化完成，現(xiàn)場(chǎng)組裝在標(biāo)準(zhǔn)夾具定位下對(duì)位組裝，故欄桿的工業(yè)化施工程度高。

2.3.2 欄桿施工質(zhì)量、工期控制效果研究

因FRP橋梁人行道欄桿施工的構(gòu)件成型和排架組裝都在工廠機(jī)械化制造完成，不僅構(gòu)件結(jié)構(gòu)性能、尺寸精度和表面效果好，而且材料質(zhì)量離散性、構(gòu)件尺寸隨機(jī)性低和加工進(jìn)度快，故欄桿工廠施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量、工期可控性強(qiáng)。又因欄桿現(xiàn)場(chǎng)組裝除跨中1個(gè)欄桿節(jié)段為非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段外，其余欄桿排架均為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段，可在標(biāo)準(zhǔn)夾具定位下快速、精確地裝入欄桿望柱對(duì)應(yīng)榫槽內(nèi)，再通過(guò)望柱預(yù)埋鋼板與人行道外縱梁內(nèi)的預(yù)埋鋼板焊接連接，即可構(gòu)成與外縱梁連成結(jié)構(gòu)整體的標(biāo)準(zhǔn)化欄桿；并且，欄桿自由溫變伸縮位移可在每個(gè)欄桿節(jié)段內(nèi)獨(dú)立完成的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，使得欄桿的現(xiàn)場(chǎng)組裝可從橋梁兩端向中間同步安裝，最后1個(gè)非標(biāo)節(jié)段的欄桿排架也可現(xiàn)場(chǎng)由標(biāo)準(zhǔn)排架切割成所需尺寸實(shí)現(xiàn)快速、精確安裝，故欄桿現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量、工期可控性也很強(qiáng)。

2.4 FRP欄桿工程應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效果研究

2.4.1 欄桿工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)效果研究

馮鵬等[5]研究認(rèn)為FRP橋梁人行道欄桿的一期工程造價(jià)，高于混凝土欄桿，低于不銹鋼欄桿和鋁合金欄桿。2012年建成的圖2形式的云南龍陵縣香柏河大橋和龍川江大橋FRP橋梁人行道欄桿，一期工程造價(jià)為1 350元/m；同期建成的圖8形式的重慶東水門長(zhǎng)江大橋鋼人行道欄桿，一期工程造價(jià)為1 260元/m。由此可見，F(xiàn)RP橋梁人行道欄桿的一期工程造價(jià)與鋼欄桿接近，但無(wú)鋼欄桿的后期防銹涂裝養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，故是一種工程造價(jià)較合理的欄桿形式。結(jié)合未來(lái)橋梁建設(shè)對(duì)欄桿提出的結(jié)構(gòu)減重要求分析，混凝土欄桿在大跨徑和特大跨徑橋梁中的應(yīng)用將受到嚴(yán)格限制，F(xiàn)RP橋梁人行道欄桿的工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)效果將更明顯。

圖8 重慶東水門長(zhǎng)江大橋鋼人行道欄桿形式Fig.8 Shape of steel sidewalk railing in Chongqing Dongshuimen Yangtze River Bridge

2.4.2 欄桿后期維修養(yǎng)護(hù)經(jīng)濟(jì)效果研究

FRP橋梁人行道欄桿自帶色彩成型，表面光潔度高，耐蝕性和保潔性優(yōu)，野外自然環(huán)境下的老化壽命大于50 a〔7〕，故其使用期內(nèi)既無(wú)鋼欄桿類似的日常涂裝養(yǎng)護(hù)，也無(wú)混凝土欄桿類似的破損、露筋維修。FRP橋梁人行道欄桿除人為破壞和不可抗力破壞的維修養(yǎng)護(hù)外，50 a設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)不需維修養(yǎng)護(hù)，故比鋼、混凝土欄桿維修養(yǎng)護(hù)大大節(jié)省。筆者設(shè)計(jì)建成的第1座FRP橋梁人行道欄桿(表1序號(hào)1欄桿)，至今13 a未做過(guò)維修養(yǎng)護(hù)，欄桿的外觀色彩效果幾乎沒(méi)有褪色改變。FRP橋梁人行道欄桿后期維修養(yǎng)護(hù)節(jié)省的經(jīng)濟(jì)效果，對(duì)于腐蝕介質(zhì)環(huán)境橋梁及后期維修養(yǎng)護(hù)較難實(shí)施且費(fèi)用較高的公路橋梁和城市橋梁優(yōu)勢(shì)更加明顯。

3 結(jié) 論

1)根據(jù)橋梁人行道欄桿“最優(yōu)設(shè)計(jì)目標(biāo)”和未來(lái)橋梁構(gòu)件“結(jié)構(gòu)減重”、“耐久性提高”及“實(shí)現(xiàn)工業(yè)化施工”技術(shù)要求，按照欄桿材料、構(gòu)件形式、施工方式費(fèi)效比最優(yōu)原則進(jìn)行比選設(shè)計(jì)。由GFRP欄桿排架與GFRP欄桿望柱通過(guò)榫鉚連接組成的FRP板條式柵欄型新型欄桿能滿足要求。

2)FRP橋梁人行道欄桿，經(jīng)結(jié)構(gòu)計(jì)算、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)及工程應(yīng)用檢驗(yàn)證明，具有結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)自重輕、超載安全性強(qiáng)、溫變伸縮自由且不露痕跡的結(jié)構(gòu)效果；具有結(jié)構(gòu)造型美觀，耐蝕性、保潔性優(yōu)的功能效果；還有工業(yè)化施工程度高和質(zhì)量、工期可控性強(qiáng)的施工效果及工程造價(jià)合理和使用期維修養(yǎng)護(hù)節(jié)省的經(jīng)濟(jì)效果。

3)FRP橋梁人行道欄桿比鋼、混凝土欄桿技術(shù)、經(jīng)濟(jì)綜合性能更優(yōu)。對(duì)于腐蝕介質(zhì)環(huán)境橋梁及后期維修養(yǎng)護(hù)較難或成本較高的橋梁，這種技術(shù)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)更加明顯。

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Engineering Application Effect of FRP Sidewalk Railing in the Bridge

CUI Xuechang1, ZHANG Xixiang2, WU Zulie2

(1. Yunnan Baoshan Management Department of Major Highway Construction, Baoshan 678000, Yunan,P.R.China;2. Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074,P.R.China)

The novel study results of engineering application effect for a new type of fiber reinforced polymer (FRP) sidewalk railings in the bridge were introduced, which was based on the structure form design, structure stressing calculation, structure model experiment and engineering application test of the real railing in the bridge. The structure form of this new type of FRP railing was a fenced one made of FRP pultrusion standard components within a tenon riveting joint process. The proposed railing had advantageous structure effect, such as simple structure form, the reduced self-weight, the improved security in the case of overloading, as well as the free and unmarked deformation under temperature variation. It had advantageous function effect of beautiful appearance, excellent corrosion resistance and cleaning performance. It also had advantageous construction effect of highly industrialized process and strong controllability of quality and duration; meanwhile, it had advantageous economic effect of reasonable engineering cost and economized maintenance and conservation cost in the service time. This new type of railing is of both significant technological and economic advantages, especially for those bridges in corrosive medium environment and with difficulties or higher costs in the post maintenance and conservation.

bridge engineering; fiber reinforced polymer; sidewalk railing in the bridge; engineering application effect

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.03.05

2015-03-26；

2015-05-29

重慶交通大學(xué)山區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)與材料教育部工程研究中心開放基金項(xiàng)目(QLZX-2012-4)

崔學(xué)常(1964—),男，云南保山人，高級(jí)工程師，主要從事路橋新技術(shù)、工程設(shè)計(jì)和施工管理方面的研究。E-mail:1033371284@qq.com。

張錫祥(1954—),男，四川大竹人，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事復(fù)合材料橋梁結(jié)構(gòu)方面的研究。E-mail:cqjdzxx@163.com。

U433.33

A

1674-0696(2016)03-022-05