专利名称：防半刚性护栏碰撞分离的预应力复合材料多级减速缓冲墙的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种公路护栏，更具体地说，它涉及一种公路上使用的半刚性防护栏。
背景技术：
2004年1月7日，公开的中国实用新型专利高速公路安全防护栏。它是用钢缆与橡胶复合成防护板后，用紧固件安装立柱上。上述只能解决了护栏梁的防碰、缓冲，而忽视了防阻块、立柱的互相协调，联合、组合共同协调配合才是完整的安全防护栏。如2000年4期33至37页《结构工程师》杂志，沈伟明等人选文介绍“型刚立柱波形梁护栏撞击试验”，通过模拟试验表明护栏刚度由波形梁、防阻块、立柱地基共同合成。而防阻块、立柱的抗扭刚度较小，在支座更明显，防阻块也容易在纵向分力的情况下变形，但吸能效果达15％。建议适当增大截面惯矩，以上把增加柱与防阻块的截面惯矩，视作为最的解决抗扭刚度和变形的唯一方法。不过我国交通部的JTJ074-94《高速公路交通安全设施设计及施工技术规范为第5、1、1条的波形梁护栏的分类表5、1、1中的路侧及中央分隔带的设置，也未对上述安装位置中防阻块作出强制的规定，而是为设计者留出可设可不设的选择空间。又如在2003年第3期出版的广东省《化工杂志》22页“怎样解决PE公路护栏不耐冲出问题”。再如1999年4月14日公开的中国实用新型专利说明书玻璃钢钢缆复合型半刚柔性高速公路护栏。以上两项现有技术，前者PE塑料用滚塑成型制作，后者用预应力成型，他们只解决了护栏的护栏梁不经济及原护栏梁抗拉力不足的小部份技术问题，。众所周知，护栏梁需与防阻块、立柱共同联合，不可分割的组成护栏安全保护系统，才能有效抵抗车辆碰撞失速冲击力。而在现有的高速公路上，经常发生的车毁人亡撞防护栏的撞车事故，多因失速车辆速度太快，防阻块并未达到护栏规范的初衷，阻尼时间太短，当他还未来得及发挥吸收能量的应有作用时，已被成串地撞成“锅魁”状。而护栏梁也因此更早的被失速过大的拉应力所破坏；护栏柱更因脆性太大，缺乏柔性、韧性、强度，过早失稳断裂，而失去作用，护栏柱关键时应具有强大的抗冲出能力，在以上护栏的三受力件中，柱的支撑作用尤为重中之重。如2004年5月14日，四川的《华西都市报》A2版，介绍的是成都的绕城高速公路39公里700米处，先后发生不同的两起撞断护栏的重大车祸，前一起丰田车，将7根护栏全部撞断后一头栽在路外的坡上，车身翻个滚，“嘭”的一声巨响跌在水沟里，紧接着一辆2000型桑塔纳在事故现场附近，又将长约15米长的波形栏杆全部撞断撒在草地里……。
2004年7月14日公开的实用新型专利，一种护栏网板立柱。它是以中空管为柱本体，横截面为蘑菇状结构，其尾部设有V形槽。虽然上述结构能比纯中空管柱多吸收一些能量，但要从根本上解决柱的失稳碰撞破坏，仅凭这样的改进是起不到多大作用。
再如2004年8月20日，上述同一报的A4版，报道的是成南高速公路冯店隧道口中，一辆成都开往南部县的大客车司机，因操作不当，在隧道出口处，右边约20米长的防护栏杆被撞开，变成了一堆弯曲的废铁，并造成翻车，5人死亡、27人受伤。以上三车祸造成护栏排倒，柱发生失稳破坏，主要原因是护栏无韧性、脆断、强度不足，瞬间未起到支撑作用，假如护栏柱具有一定韧性及强度，即便上述车辆失速，也无法在瞬间将护栏柱连根破坏，造成车毁人亡。又如上述同一版，2004年12月17日A8版报道昨日广安一客车，以约车速80公里/小时速度，司机避让另一车，一个急刹车，客车撞断栏杆，斜着身子朝堡坎下坠去，造成2死16伤。此碰撞力，应该能基本上应将失速客车栏击在护栏内，但却事与愿违。以上举不胜举的事故说明，我国护栏整体刚度偏低。另外，由于波形梁纵向顶边处于悬置状，碰撞时，多数在此造成应力集中，并首先开始撕裂护栏梁，由此使梁产生断裂破坏。它是我国交通事故10年来居世界第一的原因之一。
发明内容
本发明要解决的是，上述护栏梁与护栏立柱受力两分离问题。并在此基础上提供一种刚柔相济，脆而不断，弯而不倒还极具强度，梁与柱始终连成不分离的整体连续缓冲护栏墙。
为了解决上述的问题，本发明采用的第一种技术方案是，在护栏梁内，设有预应力筋，而梁首尾相连，无限长，处于悬空状，每跨留一连接孔。
所述安全护栏梁，可以是型钢、拉挤型材等或减薄的型钢、拉挤型材复合材料相复合后再在相应的波形梁后面设有带钢丝或绳的橡胶管。
所述的安全护栏梁，可通用于护栏新规公路护栏碰撞等级为1至6级及相应的各最大碰撞能量去选择钢丝绳，钢丝的应力，去弥补护栏梁不足的应力。
所述的安全护栏梁，可通用于护栏新规公路护栏碰撞等级为1至6级中的路侧护栏，中央分隔带护栏梁。
本发明采用的第二种技术方案是安全护栏中的立柱，设有所述的护栏梁相对应的连接孔，在被螺栓的连接下，支撑起悬空的护栏梁。而柱内设有减薄的钢材的复合材料替换柱，以及受拉材、受弯材，替换柱下端与原柱设在法兰盘以下基础内，上端与原柱胶接成悬臂状；受拉材、受弯材同时埋入基础，受拉材上端一边或两边与柱顶固定成预应力状，受弯材上端成悬臂状。
所述减薄钢材的替换柱，可以是拉挤型材，缠绕成型等复合材料与钢相复合而成，而柱内受拉材，可以是钢丝绳、钢丝等制成；受弯材可以是硬竹材、硬杂木材等材料制成。
所述的护栏立柱，可根据公路护栏碰撞等级1至6级所对应的碰撞能量，选择减薄钢材的替换柱，选择柱的受拉材，受弯材。
所述的安全护栏立柱，可通用于路侧护栏立柱，中央分隔带立柱使用，而在后者柱的根部下口中，另增设有一成水平状的三角叉形承插式套管，它的上端被固定于柱根部口内，下端叉形穿入相对的各公路基础内，它由相应的应力，作抗剪、防腐处理的相应钢管制成。
所述防护栏中的防阻块，它是在现有的防阻块中，加入了小皮球成品，并将他装进带网眼尼龙网内约束，即拴紧成预应力状，并将绳及球与防阻块内壁胶接而成，并成为类似小蓝球状。发生碰撞瞬间，又增加了扭矩，弹力极小的反推，且能压缩、缓冲卸能。
所述的安全护栏，它是在护栏梁末端一侧与防阻块横向中心重合处，设有一根数吨拉应力的钢丝绳，其相应展开长度的两端分别与各自的连接端固定。
和现有技术相比当碰撞发生在护栏梁上时，梁所对应的防阻块内预张紧的小皮球由于抗扭略有增强，及弹力的增加，它瞬间返给护栏梁一个极小的向前冲量，使车辆碰撞时的瞬时速度减小，冲击能量相应减小几分。护栏梁同比减掉了比以前多的速度，卸掉了比以前多的能量。尤其是在护栏立柱内，由于将法兰盘和非法兰盘基础，改为柱心加钢丝绳或钢丝绳加橡胶管的柱下延伸基础，使柱变成具有巨大支撑力和韧性，碰撞时，刚柔相济，脆而不断、弯而不倒的最佳弯曲强度，整个护栏不是以大力抗大力的下策，而是采用避让的方式，即经上、下、中间多级减速、缓冲后，再将碰撞时活荷载的合力，减为分力，最后是用无穷大的预应力储备即连续整体缓冲墙的合力，去抵消部份或全部荷载，去抵抗碰撞后车辆余下的分力，使梁与柱，永远无法分离，无法造成失稳破坏，综上所述它的特点是，它不向线形变形那样，应力应变在结构中叠加，使其失稳，而是非线形变形关系，即重复使其恢复原状。当然该护栏更能达到护栏新规所期望的安全目标——为防车辆越出公路外，护栏应具有高弹性，以及刚度和强度，柱还应具有足够的支撑力，而避乘员伤亡，护栏刚度以偏小为好，这互相矛盾，但却科学合理的问题被本发明的护栏缓冲墙迎刃而解。
图1是预应力复合材料多级减速缓冲墙结构原理图。
图2是以钢管、钢丝绳、橡胶管为主的预应力立柱横向结构原理图。
图3是预应力防阻块横向结构原理图。
图4是以钢管、带钢丝绳的橡胶管、竹材组成的复合型立柱横向结构原理图。
图5是以钢管、钢丝、硬木材等组成的复合型立柱横向结构原理图。
图6是以钢管为主，竹、木材为辅，组成的复合型立柱横向结构原理图。
图7是以钢管、钢丝、板弹簧等组成的复合型立柱横向结构原理图。
图8是以钢管、钢丝、塑料管，板弹簧等组成的复合型立柱横向结构原理图。
图9是以钢管、塑料管等组成的复合型立柱横向结构原理图。
图10是以钢管、钢丝、竹材等组成的复合型立柱横向结构原理图。
图11是柱基衬套及柱下基础防拔出结构原理图。
图12是带钢丝的橡胶管，设有钢塑管，内外壁结构原理图。
图13是钢塑管内设受力大的小塑料管集合原理图。
在图中护栏梁1、钢丝绳2、橡胶管3、防阻块4、小皮球5、尼龙网6、立柱7、框架8、钢丝9、地面10、地下基础11、锚头12、保险绳13、竹材14、木材15、复合柱16、板弹簧17、混凝土18、法兰盘19、延伸柱基20、柱内管21、护栏22。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作详细描述。
在图1中，护栏梁1它可以是型钢、拉挤型材等或减薄的型钢与拉挤型材复合材料成品相复合后，再在其相应的波形梁后面设有带钢丝绳的橡胶管。交通部即将颁布的公路交通安全设施设计规范(修定)中将公路护栏碰撞条件分为六个等级，以下新规范在此简称新规。(主要是使钢丝绳去满足护栏新规的位移量，使延伸于梁之后)，(现世界上众多的塑料公司均能生产拉挤型材护栏梁)。
而在护栏梁1与防阻块4的横向中心重合处，设有一根数吨拉应力的防护栏梁1，碰撞时，产生局部不均匀偏心荷载的防梁失稳保险绳13，它一端与波形梁1的一孔内橡胶管3及钢丝绳2固定，另一端与适应的长度、位置再与立柱7内的钢丝绳2或其它竖向件固定。
图2中，护栏立柱7，在与防阻块4相对应处设有连接孔，在被螺栓的连接下，支撑起悬空护栏梁1，而柱基础是在现法兰盘基础的基础下，再作的改进，在图中的管顶、管底设有一框架8，钢丝绳2先预埋于预留孔内，安装时，绳从底框架8上缠绕一圈后，再从柱中穿入项框架8，又缠绕一圈，并用铁丝将绳末端缠紧后向下弯曲，将处于半张紧状态的始末端重叠处，从纵、横向缠紧几十圈并胶接即可。而柱基则从原法兰盘处，往柱下的混凝土基础内延伸200毫米以上，法兰盘不动。随即用混凝土填塞柱基础四周的孔隙。最后拧紧法兰盘柱基的螺栓。当然，该钢丝绳2的柱下延伸基础，更适用于未设法兰盘的柱基础。
在图4中，立柱7靠公路面的内壁设有预应力钢丝9，它顶端与设的边角框架8固定，它的下端，从预留孔中进入后，留足十几毫米的延伸长度后，与相靠的竹材14同时用混凝土18将预留孔填塞。图5中，护栏立柱7的靠里内壁从顶至底端，胶接有一张展开带钢丝绳的橡胶管3，底端并向基础延伸，在内壁前面设的硬木材柱15，它的周围还设有硬竹材14，它的项部悬置与柱顶平齐，柱下处理与图2相同。图6中，护栏立柱7外壁设有处于悬臂状的硬木材15，木材四周还设有处于悬臂状的硬竹材14，并在内壁四周还胶接有一圈拉挤型材塑料管，它们的柱下处理与图2相同。图7中，在立柱7靠外边内壁，设的是上端处于悬臂状的硬竹材14，在14的靠里边还设有处于悬臂状的板弹簧17，靠里边的内壁还胶接一张有被展开的带钢丝的橡胶管3，底部向柱下延伸，上述其余悬臂以下的柱基础处理同图2。在图8中，护栏立柱7的轴心内，设置有两块大小不一，厚度相等处于悬臂状的板弹簧17，它的靠里边设有钢丝绳2，顶端与固定的框架8连接，它们几者的柱基础处理与图2相同。图9中，护栏立柱7的靠内，设有两根先重叠胶接再与内壁胶接的展开带钢丝的橡胶管3，在它的柱基础以上，还应留出约100多毫米成卷曲状，柱下处理同图2。以便使碰撞时延伸率，与立柱基本一致。各实施例中，未按此处理的，均应与此作相同处理。而在立柱外壁四周，胶接有一根用拉挤成型制成的，带有钢丝的塑料管，管柱下也应向下延伸，处理方法同图2。图10中，在靠里边的内壁，设有带钢丝的橡胶管3，在轴心靠内边，还设有处于悬臂状的竹材14，其柱下处理与图2相同。除了上面举例的在柱内外还可组合复合成各种典型的复合材料柱以外，利用以上几种特殊材料还可排例组合成许多复合立柱，虽然在有硬竹材的基础上，可取掉钢丝，或钢丝绳，但整个缓冲墙中的梁，防阻块已具预应力，所以取掉意义不大。上述各立柱7中的硬竹材四周，碰撞时在钢管的整体约束下，形成合力的弯曲，当公路最大碰撞能量在400KJ以下时，以不再胶接为好，以上已作局部胶接(当柱内采用集合式竹块状时，工艺本来已胶接处理)以上复合立柱，在比原金属护栏造价低，综合力学性能高的情况下，可任意排例组合，因各材料力学指标已给出，从而达到最优化的护栏。
在图12中，补强的展开带钢丝的橡胶管，它是设在减薄的钢塑管柱靠梁边的管壁内、外，其最后的接头处理方法是采用从基础延伸上来的外长胶带，在柱顶缺口19处，向下弯折，与内壁短的胶带，用胶接加铆接，及折皱的位移量，相对的外边也采用此结构约束柱顶，除此在该柱的外面，还有一层塑料管外套，以使柱外形美观。以此形成一个内、外套，并利用橡胶带的面受力，和钢丝的韧性，竹材的弯曲强度大的特性，来约束柱的瞬间变形，位移量由于柱碰撞时的受力，又被约束于柱下大地，成无穷大的反作用力。此柱主要用于400KJ以上和520KJ以上的碰撞能量而设，同时防立柱瞬间产生过大的位移而设。但也可以用于400KJ以下的碰撞能量。
在图13中，减薄的钢管、或塑料管的柱内是设的柱内管21，这种管由一半以上的纤维制成，直径在20至30毫米，每根管可承受1至2吨弯曲荷载，并由此集合成所需的位移量。当然以上各种预应力复合立柱，均可参照此例，人为的设计位移量，去满足护栏新规。
实施例1当公路各护栏新防撞等级为3级护栏时，最大碰撞冲击能量为280KJ时，上述的预应力复合材料防护栏梁，是采用金属护栏与复合材料防护栏各受一半荷载，并将金属与复合材料相复合，而复合材料冲击能量参本发明的实施例中，自由选择相应比金属大的各种复合材料。以此弥补应力不足部份。而复合材料四边应略小，并应与金属相重叠后，四边应平整一致，并用环氧树脂胶粘，将金属护栏与复合材料护栏两重叠面分别刷匀，再重压，经达到说明书固化周期即可安装，再设钢丝绳橡胶复合材料管。同理当公路防撞等级为2级护栏的碰撞冲击能量时，选择组合方法与上相同。当公路防撞等级为6级，最大碰撞能量在520KJ以上时，采用的是金属护栏结构受力占1/2以上，余下的能量才选择复合材料护栏，并与此相复合，其余的钢丝绳与橡胶管复合材料的制作、安装与上相同。但总的防碰撞的能量应等于或大于新规，即数吨不同拉力的钢丝绳，同样，当公路护栏碰撞等级4至5级时，其护栏的结构受力分配，选择与6级相同。从而达到碰撞时，吸能变形最大，而防碰撞能力则最大。当然以上也可以在小于或等于400-520KJ以上碰撞能量的受力的条件下，只设金属护栏，而再增设钢丝绳与橡胶管相复合的抗失速的预应力拉力缓冲管。
以上护栏不论碰撞能量多大的波形梁，均可在护栏梁纵向悬置的顶边内侧加设一道受力为1吨或几吨的钢丝绳，制法基本与前述相同，唯不同的是，此时的橡胶管应与梁接触面胶接，当为复合材料的夹层梁时，此时不设橡胶管，可选数根应力接近的钢丝夹于重叠边内，并对中间及首尾端进行铆接。以此弥补护栏梁碰撞时，梁边缘偏必受力或应力集中先破坏的情况。
除此，在上述梁中心线与防阻块横向中心线重合处，设有一根数吨应力的钢丝绳制成的保险绳，长约400毫米，其两端分别与各自的连接端固定。它的作用时约束护栏梁碰撞时，防阻块发生位移，扭转产生向上的力偶矩时，带动多跨护栏梁整体越出柱顶平面的梁失稳而设。
实施例2当碰撞等级为1至6级及相应的碰撞能量时，此时金属制的立柱基础受力改进措施是在柱支座上，约200毫米处，下约300毫米处的柱内壁，承摇插有一段拉挤型材管作加强支座。它是防止支座处产生应力集中而造成的柱失稳破坏而设。除此，还在前述改进的柱内增加了一根橡胶管成品，同时增加了上述的钢丝绳及受弯材，并套在绳外，而柱基础采用埋入式，埋入基础内的橡胶管末端则对破开口钻孔，成扁平状后，弯曲50毫米。钢丝绳穿过口后，地锚圆圈内自带有一钢条，再将膨胀螺钉塞入，最后封入30号的混凝土，标号配方参(JT023-85)此时的柱顶的橡胶管处于张紧状。其余未述及处，与上述相同。钢丝绳的受力可比梁小，可选相应的数吨拉力的钢丝绳，使其柱有更大的缓冲、退让距离，在此主要利用橡胶管瞬间具有的缓冲、韧性，不会产生脆断，与钢丝绳相复合，更能发挥刚柔相济，使柱受弯时弯而不断，柱经绳管的减速、缓冲后变相增加了柱的刚度，提高了柱的承载能力，更好的发挥了柱的支撑能力，使整个护栏柱成为一道阻挡失速车辆的，又恰如其分的满足新规护栏最大位移量的缓冲墙。以上法兰盘连接的柱基础，由于柱的弹模与混凝土弹模不一致，而在连接处造成应力集中现象，经上设计以上，它就改变了法兰盘柱基的受力性能，方式将碰撞速度减缓，并通过连接的轴心受力缓冲拉力管，再传部份力于地下基础内。
实施例3当碰撞等级为1至3级护栏新规时，立柱的各型钢构造措施相同，唯不同的是，用拉挤型材复合材料管替换型钢，替换后立柱的冲击强度大于所述规范，总的费用比原设计减少，如碰撞等级为3的最大碰撞能量为280KJ以上，此时可选本实施例中所述的拉挤型材，其冲击强度KJ/m400、立柱所承受最大冲击荷载为F＝M/0.8m＝40KN；式中0.8M为碰撞时立柱的弯折点位置在地表面以下200毫米处加至护栏上面护栏中心点的距离；M为每米材料所承受的弯矩，上述值大于规范可以，其余复合材料选择与此相同。
当公路等级为6级时，最大碰撞能量为520KJ以上时，立柱的构造措施基本上与以上各例相同，唯不同的是，柱截面可选择小部份受力的金属制的柱作外套，再向柱内壁承插胶接一根内柱，任选一项本实施例中的冲击能量较大的复合材料柱相复合，并胶接，使总的碰撞能量大于新规范。这样上述柱在发生最大碰撞能量时，既有金属柱的刚度，又具有复合材料的韧性、吸能变形能力，而优化组合后的总费用最少，受力最好。其余公路等级为4、5级时的复合组合方法、构造方式与上例相同。
实施例4本发明的预应力复合材料护栏立柱，可通用于交通部新的行业标准所述新规范，所界定的公路防撞等级为1至6级中的路侧护栏、中央分隔带护栏柱中使用。
实施例5本发明的上述各柱，当用于作中央分隔带的护栏时，基本上与上述各柱受力改进措施相同，唯不同的是，在柱的根部下口，另增设有一成水平状的三角叉形承插式套管，它的上端被固定于柱根部上口，下端叉形穿入相对的各公路基础内，它由直径50毫米、壁厚5毫米相适应的长，作防腐处理的抗剪钢管制成，它的作用是弥补中央分隔带未压实的回填土、种植土，立柱的地基不能满足规范稳定性要求，当失速车辆冲击护栏时，许多护栏发生位移，护栏被上拔、或往后退，为增加护栏整体稳定性而设。
当然上以各改进新型护栏，也适用于无防阻块护栏安装。
上述防护墙中的预应力复合材料立柱，也适合作柔性护栏立柱。
实施例6本发明的缓冲墙中的立柱，它是用栏竹或硬头黄竹等抗弯强度大的硬竹材与钢管、钢丝绳相复合后制成。而栏竹的制作工艺流程如下原竹→截断→去外节→剖开→去内节→剖青黄→干燥定型→防霉防蛀处理→涂胶→上钢箍→热压。
选择3-6年生的硬竹，避开生虫的秋末及冬季。按内柱地面以上，加地面以下的长度剧断、打节、剖分、除去碎层蜡酯层，留下竹青面。
干燥初劈的硬竹片含水率较高，一般为25％-40％，浸胶前需进行干燥处理。干燥方式可用自然温度或烘干窑烘干，使含水率降低到18％-25％即可。(也可适用不剖开的整根竹)防霉防蛀处理配方及处理方法见后面。
涂胶其配方、胶粘剂、脲醛树脂100份、固化剂、NH4CI浓度20％，为0.3％，另通过加适量氨水来控制涂胶过程的预固化。然后用手工刷胶，每块竹材刷两面，以刷匀为准，涂胶后放在涂胶池的网格上，陈化至料表面形成一层胶膜，一般以1-2h为宜。
上钢箍就时将以上形成胶膜的竹块装入预设计好的两道钢箍内卡紧，并且是均分成竹内层相靠，竹青成相背状，这样，当护栏墙的碰撞发生在梁上，即柱端，或柱跨中时，竹内柱均成弯曲状。以形成柱状，柱基础留300或400毫米不设，与涂胶后形成整体，以克服其散片竹的离散性等缺陷。
热压将料坯放入热压机中，热压工艺条件为温度100-130℃，时间1-1.5h；表压22.6-28Mpa。热压后，将内柱材卸下冷却。原理是在一定温度和压力下使胶层凝固胶粘，紧固地把柱坯料胶合在一起。在胶合过程中，靠压力和热的作用，使胶合剂的化学成份迅速缩聚固化从而达到胶合。最后装入柱内，与钢丝绳钢管再胶接而成，且价廉。所以在此利用竹材的这一特有优势，去弥补钢管碰撞时强度不足的缺陷，再利用钢丝绳韧性好的力学性能，补充两材料的共同缺陷，竹材的防霉防蛀配方酚醛树脂液8份+0.2％五氯酚钠92份；浸渍2min。配方2、A、五氯酚纳5份+水95份；B硫酸锌3份+水97份，将处理的半成品A液浸渍15min，取出晾干(不能晒太阳)，再置B液浸渍15min取出用清水漂洗干净。以上经干燥的竹材，也要选择上述配方1或2进行防霉防蛀处理后才能进行下一步工艺。
实施例7部份复合材料成型方法及性能
实施例8
实施例9
实施例10
实施例11
实施例12
实施例13当公路护栏碰撞等级为1至6级，各相应的最大碰撞能量为70KJ以上，至160以上，280以上，400以上，520KJ以上时，可相应的分别选择上述实施例7中的缠绕、拉挤等所得的梁或柱，在满足大的弯曲模量冲击强度的前提下，再加带钢丝的橡胶管，受弯的硬竹材、钢丝绳作构造措施上的补强。以达到既满足护栏碰撞新规的防碰撞能量要求，并有一定的应力储备，而且还可消除不安全隐患，除此价格不超过钢材的费用。
厚度的选择当碰撞能量为70KJ以上时，如选拉挤型材梁的厚度约4毫米，柱为4，当碰撞能量为160KJ以上时，梁的厚度约为9，柱为1.3；当碰撞能量为280KJ以上时，梁的厚度16，柱为25；当碰撞能量为400KJ以上时，梁为28，柱为35；当碰撞能量为520KJ以上时梁为34，柱为40；当按特殊情况设计的护栏，可参照以上设计，当然还可以在本发明所提供的材料组合范围灵活调整厚度。
实施例14当公路护栏碰撞等级为1至6级及各相应的最大碰撞能量时，可分别选择上述实施例7中的拉挤、缠绕等，所选得的梁或柱，在满足大的弯曲模量、冲击强度的前提下，再加带钢丝橡胶管及钢丝绳受拉、硬竹或木材等受弯，作结构构造措施上的补强。以达到既满足护栏碰撞新规的防碰撞能量要求，又要满足半刚性护栏最大位移量的限值规定，即双波梁1000(mm)、三波750。并且还有一定的应力储备，以消除纯钢性护栏不安全的隐患。
上述护栏梁的横向位移量，可事先通过设在柱内对称位置中，不对称长度的橡胶管或钢丝的极限长度来控制，使其失速的车辆永远被控制在位移范围，除此还因为柱的抗弯系数均大于该护栏柱的标准值。
由于在受拉梁和受弯柱中采用了预应力，从而降低了较高荷栽水平，由于在护栏梁及立柱中共同采用了预应力，。它可调整结构内力，抵消或平衡部份或全部荷载。
实施例15护栏近似尺寸的确定，如碰撞能量为70KJ以上时，如选择拉挤型材梁的近似厚度为4毫米，另在背面再胶接一根带钢丝的橡胶管，并展开，管的厚度为3毫米，每根极限荷载30KN；并选同一型材管作柱，壁厚近似的选为5毫米，柱心内选加受弯强度高的楠竹，以整根直径约取70毫米，壁厚约为5毫米，余下空间，以其它小直径的硬竹材填满为止。除此，在柱靠外的内壁，再胶接一根展开的带钢丝的橡胶管，上述的护栏梁按抗弯强度的力学公式即fb＝M/W进行验算，式中M为梁或柱上弯曲矩值，W为截面系数。上述梁的截面抗弯系数也可近似按公式bh2/6计算，式中b为宽，h为高；也可直接从各种力学手册表中查得。计算时，应将胶接的橡胶管及楠竹分别与各自的本体厚度一起计，而柱局部设的胶管可忽略。这样梁与柱的截面抗弯系数已大于上述标准值一倍以上，除此，它还利用了楠竹不破开时的整体空间刚度，去弥补型材不足的刚度，使应力超过标准规定的应力值。而带钢丝的橡胶管价格每米3至10元，而复合材料价比钢材便宜近一倍，每柱加的楠竹价约为3元。梁比钢材每米便宜5至6元，这样梁每米可节约成本3元，每柱约便宜3元。而最大的节约是护栏每年不再作防腐处理，每米可节约投资成本约10元，如以10年为一个计算单位，在常规酸性条件下，使用寿命为30年。每公里可节约10万元。如高速公路中的路侧，加中央分隔带每公里可节省投资2万元以上，两项合计每公里在12万元以上。
实施例16本发明的护栏缓冲墙，不受形状的限制，它适用于三波梁、箱梁、管梁或特殊断面的梁；适用于槽形柱扁圆柱，H形柱、圆形柱等其它各种特殊断面，参照本发明加装进受拉材、受弯材即可。也适用于减薄厚度的铝合金护栏。当然也可参照本人今日同时申请的桥梁护栏专利中的不同结构组合。除此，本护栏缓冲墙，还通用于护栏碰撞等级1至6级以外的，未进入上述规范的市区、城区、郊区等处，凡是需设置的地方均可采用。
当碰撞发生在护栏22上的护栏梁1上时，带钢丝9的橡胶管3，带着汽车的惯性及冲击力，推动着多跨梁上的防阻块4及尼龙网6内张紧的小皮球5施加挤压力，在压力的作用下，小皮球5产生反弹，并在瞬间给护栏梁22一个极小的向前冲量，使车辆碰撞时的扭矩增强，由此将惯性及冲击力传至更多的跨的护栏22上。与此同时小皮球5被挤出防阻块4，这样防阻块4吸能变形，缓冲至极限。而护栏梁1、带钢丝9的橡胶管3，共同组成多跨连续梁，并形成合力，去抵抗经防阻块4减速减力后车辆余下的分力，与此同时，碰撞的作用力又通过护栏立柱7及带钢丝9的橡胶管3，竹材14或木材15等传入基础。
由于护栏梁1及立柱7的上、下所组成的预应力多级减速缓冲墙部份抵消或平衡了碰撞时的荷载。除此，多级减速缓冲墙单跨应力，均大于汽车碰撞被多级减速后余下的分力。
当碰撞发生在立柱7上时，由于立柱的单面或双面始终被带钢丝9的橡胶管约束，既减速又被减力，并将作用力反作用于基础。当碰撞的作用力大于柱时，柱、竹材14等同时弯曲变形、减速、缓冲，再加上梁将多跨柱的连接，此时多跨梁，柱也成连续一体，梁将该柱的力，传至前后的邻跨，而且立柱7本身的应力也大于碰撞应力。即碰弯而不倒，脆即柱发生位移变形，在橡胶管及竹材的约束下不会发生脆断，即既有柔性又有刚性。在碰撞的零点几秒钟，惯性及冲击力已驱使车辆驶向前跨，又由于有保险绳13将发生在梁上的偏心荷载拦击在立柱7内，从而梁1与柱7，共同组成一道坚不可摧的，防半刚性护栏碰撞分离的预应力复合材料多级减速缓冲墙的合力，去抵抗车辆碰撞时余下的分力。
权利要求
1.一种桥梁碰撞位移能复原的半刚性预应力复合材料防护栏，它由钢制的护栏梁与立柱组成，其特征在于护栏梁及支承护栏梁的立柱，由预应力复合材料制成。
2.根据权利要求1所述的防护栏，其特征在于所说的预应力复合材料护栏梁，是指它可以是由减薄的金属波形梁，与拉挤型材梁相复合后，再在中间截面背面，胶接一根成展开状的、具有预应力的、带钢丝的橡胶管。
3.根据权利要求1或2所述的防护栏，其特征在于它可以是，由减薄的的金属制的圆形、矩形、正方形、扁圆形等异形形状的空心断面或相同截面的铝合金梁，再与拉挤型材梁相复合后，才在内或外设有预应力的，带钢丝的橡胶管，如设在背面则成展开状，设在内为整管，除此，还可在内或外再增设钢丝束或钢丝绳。
4.根据权利要求1所述的防护栏，其特征在于当横梁为W形和三波形时，在护栏梁的背面，与立柱的正面之间，螺接有一防阻块，防阻块内设有被尼龙网张紧的小皮球。
5.根据权利要求1或3所述的防护栏，其特征在于它可以根据护栏桥规，等级1至6级所对应的碰撞能量70KJ以上不等，去选择组合三横梁及双横梁相适宜的复合材料截面厚度，及相应的钢丝、钢丝绳。
6.根据权利要求1所述的防护栏，其特征在于它可通用于桥规公路等级为1至6级所对应的桥侧护栏，中央分隔带护栏，人行道与行车道分界处护栏及桥规以外的桥护栏。
7.根据权利要求1所述的防护栏，其特征在于支承护栏梁的预应力复合材料立柱，其柱内设有替换柱，还设有受拉材、受弯材，它们与原柱用埋入式埋入基础；当为地脚螺栓连接的基础时，也应同时埋入基础；而替换柱与原柱胶接成悬臂状；受拉材一边或两边与柱顶固定成预应力状，受弯材上端成悬臂状。
8.根据权利要求1或7所述的防护栏，其特征在于所说的减薄钢材的替换柱，可以是拉挤型材、缠绕成型材等任一种材与钢制护栏柱相复合而成；而柱内受拉材，可以是带钢丝的橡胶管、钢丝绳等制成；而受弯材，可以是硬竹材、硬杂木材等制成。
9.根据权利要求7或8所述的防护栏，其特征在于所说的护栏立柱，可以根据桥规碰撞等级1至6级所对应的碰撞能量70KJ以上等选择减薄钢材替换柱，选择柱内受拉材、受弯材。
全文摘要
本发明公开了一种防公路半刚性护栏碰撞分离的预应力复合材料多级减速缓冲墙，旨在提供护栏梁与护栏立柱碰撞两分离问题。其技术方案的要点是，采用的两种技术方案，而第一种技术方案是在护栏梁内，设有预应力筋，而梁首尾相连无限长，处于悬空状，设每跨为连接孔。第二种技术方案是，相对应的护栏立柱设有与护栏梁相适应的连接孔，在被螺栓的连接下，支撑起悬空的护栏梁，柱内设有减薄钢材的替换柱，以及钢制受拉材、受弯材，替换柱下端与原柱设在地下基础内，上端与原柱胶接成悬臂状；受拉材，受弯材同时埋入基础，受拉材上端与柱顶固定成预应力，受弯材上端成悬臂状，它适合护栏新规1至6级的碰撞能量增减材料后选择使用。
文档编号E01F15/02GK1779077SQ20051002025
公开日2006年5月31日 申请日期2005年1月27日 优先权日2005年1月27日
发明者彭建涛 申请人:彭建涛