专利名称：公路用钢板护栏端部可解体盾牌防护装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种公路交通安全的防护装置，特别是钢板护栏端部可解体消能安全防护装置。(二) 背景技术世界卫生组织2004年的研究结果表明，道路交通事故比铁路、空难事故严重得多，造成 的死亡人数甚于战争，每年道路交通死亡人数约120万人，导致伤残约5千万人，造成的经济 损失约占各国G D P的1 %至3 %。为此，各国政府无不把预防和减少交通事故作为重要的 执政目标。在中国，随着公路建设的飞速发展和汽车社会的到来，交通安全也成为政府和民 众日益关心的议题。我国汽车保有量约占全世界的2%，但道路交通事故死亡人数却占全世 界的10%，多年高居世界第一。近年来，连续数年死亡人数超过l O万人，平均每天死亡3 0 0人，相当于每天有一架民航客机失事。安全事故给人民生命财产造成了重大损失，给伤 亡者家属带来了巨大的悲痛，也对我国经济社会发展，公路基础设施建设和国际声誉造成很 大负面影响。如果按发展中国家道路交通事故损失占GDP的P/。的最低模式计算，我国GDP总量 约为20万亿元，每年道路交通事故经济损失约为2000亿元。交通部从2003年开始在全国国省 干线公路上实施以"消除隐患、珍视生命"为主题的"公路安全保障"工程，对国省干线公 路中的急弯、陡坡、视距不良、路侧险要路段进行改造，通过增设钢或混凝土防撞护栏，增 设标志牌，设置公路线形诱导标志等安全防护设施，提高公路行车的安全性。同时，一些新 的设计理念和设施也被陆续提出。众所周知，高速公路或其它等级公路上都设有大量的钢板护栏，通常情况下，其突兀的未 经安全处理的坚硬端头和端部连带的不可屈服和断裂的钢式立柱，对过往车辆而言是非常危 险的。当路面状况不良，雨雪天气路滑造成的失控车辆，突发紧急状况进行车辆躲闪，或因 司机驾驶疲劳而驶入路侧不幸撞到这些危险的钢板护栏端头时，坚硬的护栏端头会直接刺入 车体造成车内司驾人员的伤亡，另外，端部连带的不可屈服和不可断裂的钢式立柱会使碰撞 车辆倾覆，造成人员伤亡和车辆财产损失。所以，考虑公路用钢板护栏端部的安全设计和处 理装置已成为"公路安全保障"工程的当务之急。(三) 发明内容本发明的目的是提出一种新的公路用钢板护栏端部可解体盾牌防护装置，解决失控车辆
撞向钢板护栏端部时，其突兀的危险的钢板护栏端头和护栏插入车厢，以及护栏端部一系 列立柱不可解体而造成车辆倾覆和人体承受太大冲击力而造成乘员伤害或致死的严重装置问 题。简单而言，本发明主要解决两个问题 一是解决钢板护栏端头易插入车厢的问题，二是 解决钢板护栏端部立柱在预定强度下的解体消能问题。本发明的技术方案这种公路用钢板护栏端部可解体盾牌防护装置，与护栏端部连接， 护栏由护栏板3和立柱4连接而成，在护栏板与立柱之间有垫块8，其特征在于该装置套在 护栏板3的端部，其来车方向的正面有防护盾牌面板l、防护盾牌面板后面与滑动嵌套2连成 一体，滑动嵌套2套在护栏板3上，形如脚趾前开口的长筒靴，其尾部边缘锋利，其头部开口 一侧内壁有流线形滑道IO，滑动嵌套2在与立柱同侧连有一侧向突出的推块6，在推块同侧的 护栏板3上连接一剪切螺栓7，在推块后方的立柱4与剪切螺栓7之间连接一钢索5。上述防护盾牌面板l是矩形、圆形、椭圆形、梯形、三角形或异形。上述防护盾牌面板l上有交通警示标识贴膜。上述防护盾牌面板l外部边缘带有向前方，即来车方向的突起毛边12。 上述推块6的材料为钢材，推块侧向突出的距离大于护栏板至立柱的距离。 上述推块6和滑动嵌套2端部开口为左侧开口或右侧开口 。 上述滑动嵌套2的材料为钢材，滑动嵌套中间部分为镂空结构。 上述立柱4为钢制，其横截面是工字形、王字形、空心圆形或矩形。 上述立柱4底部在地面以上和/或地面以下分布有通孔9。上述立柱4、护栏板3、防护盾牌面板1和滑动嵌套均经过防锈处理，表面覆有防锈镀 层、油漆层或涂料防锈层。本发明的工作原理为了使新的公路用可解体钢板护栏端部在被失控车辆撞击时能够迅 速解体并吸收一定的冲击能量，并且避免其坚硬的端头刺入车体，从而保护车内人员的生命 安全，必须在端头部分套装上一个100厘米至200厘米左右的前面带有盾牌功能的滑动嵌套装 置，其盾牌碰撞接触面积要足够大并保障一定形状和质量，在车辆撞击下，该滑动嵌套结构 在钢板护栏上滑动并导引钢板护栏在左侧或右侧出口向侧后方远离车体方向顺利滑出，同时 必须使端头附近5米至20米内的立柱在距地面0至20厘米的高度位置解体或屈服，以防止地面 残留部分挂住车辆底部造成翻车。该解体或屈服强度取决于两方面的因素， 一是立柱的结 构、材料、形状、尺寸、数目、埋深和安装方式；二是立柱的制作材料和加工工艺。另一 方面，在考虑立柱可解体特性的同时，还必须兼顾钢板护栏的整体功能要求，保证侧向20度 角内碰撞下具备钢板护栏的基本强度和刚度，耐腐蚀能力，安装，维护和替换的方便性以及
外观和节省材料等。为简单说明起见，将失控车辆看作质量为m的质点，撞击钢板护栏端部之前的速度为M， 撞击护栏端部第一根立柱之后的速度为V2，则车辆在作用时间为^的撞击过程中，受到的撞 击力F工为F尸m(v广V2)/t工 (1)根据动能守恒、动量守恒原理和变加速运动公式Sfmv!2/2-mv22/2 (2)假定钢板护栏端部不论是撞断还是倒伏弯曲，撞击的作用时间t都差不多，由于m和w相 同，失控车辆受到的撞击力Fp就主要取决于V2。钢板护栏端部第一根立柱被高速车辆撞断屈 服的情况下，车辆还可能继续前进，即以剩余能量和剩余速度V2〉0撞向第二根、第三根护栏 立柱，直至车辆以符合人体安全的加速度撞至第N根立柱停止，此时的剩余能量和速度Vn为令。N次撞击后的作用原理和简化公式 Fn=m(Vn-Vn+l)/tn (3)根据动能守恒、动量守恒原理和变加速运动公式，车辆能量衰减可用下面公式表达ASfmv!2/2-mv22/2…-mvn11/2 (4)综上所述，端部碰撞防护盾牌面板的形状和面积，以及第一至第N根的立柱屈服强度或 抗剪切强度成为设计的关键部分，而屈服强度或抗剪切强度直接与作用力F工至Fn相关。如果 钢板护栏端部立柱的断裂或屈服强度或冲击功过低，即很容易被撞断或屈服，则撞断或屈服 后车辆仍会保持很高的速度V2，危险还将发生在下一次撞击，换言之，这种情况下钢板护栏 端部没有起到很好的消能作用；反之，如果钢板护栏端部立柱的断裂强度或屈服强度过大， 不易被撞断或能量在该点的能量损失过大，碰撞过程中的减速度会导致车内人员受到伤害， 也不合适。从加速度的角度看，车内人员一般能承受不大于20个G (=9. 8米/秒2)的重力加速 度。假定一般情况下，尽管已踩了刹车，但w仍可达27-33米/秒，如果作用时间为0.2秒，当 V2二0时，车内人员就可能承受高达上百个G以上的加速度，与撞墙无异。如果通过逐次撞断钢 板护栏端部立柱，则加速度就能减到安全的范围。本发明从以人为本，生命第一的理念出发，该钢板护栏端部安全防护装置和设备适合于 各等级公路和桥梁，所有钢板护栏端部均应设计成可解体结构并具有预先设定的恰到好处的 断裂或屈服强度，当失控车辆与钢板护栏端部发生碰撞时，本发明可解体结构可以逐级消减 碰撞车辆的冲击能，使碰撞车辆合适地降低速度而安全地停止，同时，端头部分钢板护栏滑
出并导向侧后方以避免端头刺入车内，从而起到保护车内乘驾人员生命和降低车辆财产损失 的作用。(四)
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。 图l是本发明的俯视结构示意图。 图2是本发明的侧视结构示意图。 图3是盾牌形防护盾牌面板的示意图。 图4是矩形防护盾牌面板的示意图。 图5是椭圆形防护盾牌面板的示意图。 图6是三角形防护盾牌面板的示意图。 图7是梯形防护盾牌面板的示意图。 图8是方管形横截面立柱的示意图。 图9是圆管形横截面立柱的示意图。 图10是王字形横截面立柱的示意图。图11是工字形横截面立柱的示意图。 图12是立柱下部穿孔的示意图。 图13是本发明解体时的俯视结构示意图。 图14是本发明解体时的侧视结构示意图。附图标记l一防护盾牌面板、2 —滑动嵌套、3 —护栏板、4一立柱、5 —钢索、6 —推 块、7 —剪切螺栓、8 —垫块、9一通孔、IO —流线形滑道、ll一地面、12-突起毛边。
具体实施方式
参见图l、 2、 13、 14，本发明的这种新的公路用钢板护栏端部防护设施采用钢制防护盾 牌面板与碰撞车辆发生面接触的方案，在机动交通工具的正面撞击作用下，防护盾牌面板与 车体接触，套在护栏端部的滑动嵌套向后滑动，将危险的护栏端头弯曲并从滑动嵌套的出口 导出，避免护栏端头直接刺入车厢；同时，在车体冲击作用下，钢板护栏端部附近一系列立 柱逐个依序在柱脚位置屈服或解体，能够带动护栏立柱屈服解体并吸收一定的冲击能量，逐 级消减车辆动能，使交通工具能够适当地减速和停止，从而使驾驶员及乘客不至承受过大的 伤害。本发明的实施例提出下列可解体钢板护栏端部的形状，结构，尺寸和安装设计。图l、 2为可解体钢板护栏端部整体结构设计示意图，整个结构长度约为5米至20米，主
要由五部分组成防护盾牌面板l、滑动嵌套2、护栏板3、立柱4和钢索5。第一部分的防护盾牌面板l应为防锈钢制面板，防护盾牌面板正面带有黑黄相间的交通 警示标识反光贴膜。参见图3-7，防护盾牌面板形状可为盾型、长方形、正方形、圆形、椭 圆形、三角形或梯形，表面覆有防锈镀层、油漆层或涂料防锈层，防护盾牌面板外部边缘带 有向前(来车方向)的突起。钢制面板宽度为30 60厘米，高度为40 100厘米，厚度为 0.5 5厘米。防护盾牌面板边缘应为向前弯出(来车方向)长约1 5厘米的突起毛边12，其 作用是当车辆与面板碰撞接触时，突起毛边可嵌入车挡板以便更好地约束和控制车辆的碰撞 作用点和行进方向，防止作用点侧滑和车体上跳。长方形盾牌状防护盾牌面板应具备足够的 整体强度，在带有巨大能量的车辆正面高速冲击下不发生显著变形、碎裂和解体。第二部分的滑动嵌套2参见图1、 2，滑动嵌套套在钢板护栏端部，与防护盾牌面板通过 焊接联成一体，在撞击作用下可沿护栏向后滑动，其整体强度在带有巨大能量的车辆正面高 速冲击下不发生显著变形、碎裂和解体。滑动嵌套形如脚趾前开口的长筒靴，整体长度为 100厘米至150厘米，宽度和高度比普通钢板护栏宽度和高度尺寸略大1至5厘米，以便可以将 钢板护栏端部顺畅地插入滑动嵌套。滑动嵌套的头部内壁在开口端部内部构造应做成缓和曲 面形的光滑内壁，即流线形滑道IO，滑动嵌套头部侧向开口，流线形滑道10的出口可以为左 侧开口，也可为右侧开口，开口方向的设计取决于护栏端部在道路上的位置及其对临近车道 和周围设施的影响。滑动嵌套的开口尺寸应比普通钢板护栏大，宽度为10至20厘米，高度为 35至50厘米。在撞击作用下，嵌入的护栏板3可沿流线形滑道10从出口向侧后方45度角到90 度区间内顺畅滑出，避免滑出的护栏端部刺入车体。滑动嵌套2在与立柱同侧连有一侧向突 出的推块6，在推块同侧的护栏板3上连接一剪切螺栓7，在推块后方的立柱4与剪切螺栓7之 间连接一钢索5。上述推块可位于滑动嵌套的头部后方中间部位，可以是与地面平行的弧形 三角状横隔钢推块，推块侧向突出的距离大于护栏板至立柱的距离，推块的厚度为1至3厘 米，与第一根立柱间距离10至20厘米，其作用是当滑动嵌套在车辆撞击下沿钢板护栏向前滑 动时，该弧形三角状横隔钢推块正好作用在护栏立柱的上部，使立柱4向后方屈服。在撞击 作用下，推块向后运动，撞击立柱上部，并使立柱在底部发生屈服。滑动嵌套的尾部外缘应 为刀锋状，以利于滑动嵌套在撞击作用下向后滑动时，可沿护栏顺利切割固定护栏板3与立 柱4间的弱连接剪切镙栓7和钢索5，从而使护栏板3顺利从入口处进入滑动嵌套。为节约材料 和便于安装，滑动嵌套2的中部可为镂空结构。 第三部分护栏板3为普通波型钢板护栏。第四部分的立柱4用于支撑护栏板3，参见图8-12，护栏端部的立柱可为木制或钢制，木
制立柱横截面形状可为正方形或长方形；钢制立柱横截面形状可为工字型、王字型、空心圆 型和空心正方形或长方形。立柱露出地面ll的部分应与普通钢板护栏立柱高度等高或相近， 高度为60厘米至150厘米，具体横截面形状参见钢板护栏特殊立柱示意图。立柱地下埋深部 分比普通钢板护栏立柱要深0厘米至50厘米，距离护栏端部越近，埋深越深，其目的是使立 柱受到滑动嵌套弧形钢片撞击时易于屈服而不至于连带拔出。立柱横向抗弯强度要达到普通 钢板护栏立柱的横向抗弯强度。在立柱露出地面0厘米至20厘米高处布有单排或多排通孔9， 在立柱地面下埋2厘米至20厘米深度布有单排或多排通孔9，如在工字钢两侧边缘钻孔，孔径 为1厘米至3厘米，其目的是减小此处的纵向抗弯强度，当立柱上部受到滑动嵌套弧形钢片纵 向撞击时，立柱在此处屈服或断裂，向后屈服后的立柱尽可能低，从而不挂住车辆底部而影 响车辆运动轨迹。第五部分的钢索5用于固连钢板护栏、滑动嵌套和立柱，是直径为1厘米至3厘米普通强 度伸縮钢索。为防止整个作用机理受到影响，钢板护栏端部的第一根立柱与滑动嵌套和护栏 板不应有固定式连接，第二根立柱只与护栏板通过抗剪切很弱的剪切镙栓连接，因此滑动嵌 套和护栏端部在重力，风力和过往车辆震动下易与立柱脱离或发生变形，进而改变整体结构 性能。为避免这种情况发生，采用伸縮钢索将护栏板与第一根立柱联结，钢索一端通过镙栓 与立柱下部固定，钢索另一端通过剪切镙栓7与护栏板固定，剪切镙栓在护栏板上的位置要 在滑动嵌套尾端入口处30厘米以外，以避免滑动弧形三角状横隔钢推块在撞击第一根立柱前 先行撞击剪切镙栓而使护栏板后縮而非向前沿滑动嵌套内壁滑出。为节约材料和成本，对钢板护栏端部的防护盾牌面板l、护栏的滑动嵌套2、护栏板3和 立柱4、可伸縮的钢索5的使用材料、制作和加工工艺，本发明提出下列要求1、 防护盾牌面板1和滑动嵌套2宜选择高强度金属材料，最好采用板材的轧制加工制作 然后焊接成整体，轧制用模可根据盾牌横截面形状与尺寸来确定。正面贴膜可以采用常用交 通反光薄膜按盾牌形状和尺寸加工，颜色取黑黄相间交通设施警示标识。2、 护栏板3采用普通护栏常用金属材料和加工工艺。3、 立柱4采用木制或普通护栏立柱常用金属材料和加工工艺，通孔9采用冲压或钻孔方 式加工，所用冲头根据孔径确定。4、 钢索5采用普通钢索。5、 所有金属材料应经过表面镀锌的常规防锈装置处理。本发明提出这种新的钢板护栏端部设计，包括所用材料、形状，结构，主要尺寸、制作 装置、加工工艺和安装方式等。
权利要求
1 一种公路用钢板护栏端部可解体盾牌防护装置，与护栏端部连接 ，护栏由护栏板(3)和立柱(4)连接而成，在护栏板与立柱之间有垫块(8)，其特征在 于该装置套在护栏板(3)的端部，其来车方向的正面有防护盾牌面板(1)、防护盾牌面 板后面与滑动嵌套(2)连成一体，滑动嵌套(2)套在护栏板(3)上，形如脚趾前开口的 长筒靴，其尾部边缘锋利，其头部开口一侧内壁有流线形滑道(10)，滑动嵌套(2)在与 立柱同侧连有一侧向突出的推块(6)，在推块同侧的护栏板(3)上连接一剪切螺栓(7) ，在推块后方的立柱(4)与剪切螺栓(7)之间连接一钢索(5)。2根据权利要求l所述的公路用钢板护栏端部可解体盾牌防护装置， 其特征在于上述防护盾牌面板(1)是矩形、圆形、椭圆形、梯形、三角形或异形。3根据权利要求1或2所述的公路用钢板护栏端部可解体盾牌防护装 置，其特征在于上述防护盾牌面板(1)上有交通警示标识贴膜。4根据权利要求3所述的公路用钢板护栏端部可解体盾牌防护装置， 其特征在于上述防护盾牌面板(1)外部边缘带有向前方，即来车方向的突起毛边(12)。5根据权利要求1或2所述的公路用钢板护栏端部可解体盾牌防护装 置，其特征在于上述推块(6)的材料为钢材，推块侧向突出的距离大于护栏板至立柱的距离。6根据权利要求1或2所述的公路用钢板护栏端部可解体盾牌防护装 置，其特征在于上述推块(6)和滑动嵌套(2)端部开口为左侧开口或右侧开口。7根据权利要求1或2所述的公路用钢板护栏端部可解体盾牌防护装 置，其特征在于上述滑动嵌套(2)的材料为钢材，滑动嵌套中间部分为镂空结构。8根据权利要求1或2所述的公路用钢板护栏端部可解体盾牌防护装 置，其特征在于上述立柱(4)为钢制，其横截面是工字形、王字形、空心圆形或矩形。9根据权利要求8所述的公路用钢板护栏端部可解体盾牌防护装置， 其特征在于上述立柱(4)底部在地面以上和/或地面以下分布有通孔(9)。10根据权利要求9所述的公路用钢板护栏端部可解体盾牌防护装 置，其特征在于上述立柱(4)、护栏板(3)、防护盾牌面板(1)和滑动嵌套均经过防 锈处理，表面覆有防锈镀层、油漆层或涂料防锈层。
全文摘要
一种公路用钢板护栏端部可解体盾牌防护装置，与护栏端部连接，护栏由护栏板和立柱连接而成，在护栏板与立柱之间有垫块，该装置套在护栏板的端部，其来车方向的正面有防护盾牌面板、防护盾牌面板后面与滑动嵌套连成一体，滑动嵌套套在护栏板上，形如脚趾前开口的长筒靴，其尾部边缘锋利，其头部开口一侧内壁有流线形滑道，滑动嵌套在与立柱同侧连有一侧向突出的推块，在推块同侧的栏杆板上连接一剪切螺栓，在推块后方的立柱与剪切螺栓之间连接一钢索。当受到正面撞击时，可避免危险的护栏端头插入车体造成对车内乘员的伤害，同时使驾驶员及乘客不至承受过大的冲击伤害。
文档编号E01F15/04GK101122120SQ200710201828
公开日2008年2月13日 申请日期2007年9月24日 优先权日2007年9月24日
发明者涛 曲 申请人:涛 曲