專利名稱：防半剛性護(hù)欄碰撞分離的預(yù)應(yīng)力復(fù)合材料多級減速緩沖墻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種公路護(hù)欄，更具體地說，它涉及一種公路上使用的半剛性防護(hù)欄。
背景技術(shù)：
2004年1月7日，公開的中國實用新型專利高速公路安全防護(hù)欄。它是用鋼纜與橡膠復(fù)合成防護(hù)板后，用緊固件安裝立柱上。上述只能解決了護(hù)欄梁的防碰、緩沖，而忽視了防阻塊、立柱的互相協(xié)調(diào)，聯(lián)合、組合共同協(xié)調(diào)配合才是完整的安全防護(hù)欄。如2000年4期33至37頁《結(jié)構(gòu)工程師》雜志，沈偉明等人選文介紹“型剛立柱波形梁護(hù)欄撞擊試驗”，通過模擬試驗表明護(hù)欄剛度由波形梁、防阻塊、立柱地基共同合成。而防阻塊、立柱的抗扭剛度較小，在支座更明顯，防阻塊也容易在縱向分力的情況下變形，但吸能效果達(dá)15％。建議適當(dāng)增大截面慣矩，以上把增加柱與防阻塊的截面慣矩，視作為最的解決抗扭剛度和變形的唯一方法。不過我國交通部的JTJ074-94《高速公路交通安全設(shè)施設(shè)計及施工技術(shù)規(guī)范為第5、1、1條的波形梁護(hù)欄的分類表5、1、1中的路側(cè)及中央分隔帶的設(shè)置，也未對上述安裝位置中防阻塊作出強制的規(guī)定，而是為設(shè)計者留出可設(shè)可不設(shè)的選擇空間。又如在2003年第3期出版的廣東省《化工雜志》22頁“怎樣解決PE公路護(hù)欄不耐沖出問題”。再如1999年4月14日公開的中國實用新型專利說明書玻璃鋼鋼纜復(fù)合型半剛?cè)嵝愿咚俟纷o(hù)欄。以上兩項現(xiàn)有技術(shù)，前者PE塑料用滾塑成型制作，后者用預(yù)應(yīng)力成型，他們只解決了護(hù)欄的護(hù)欄梁不經(jīng)濟(jì)及原護(hù)欄梁抗拉力不足的小部份技術(shù)問題，。眾所周知，護(hù)欄梁需與防阻塊、立柱共同聯(lián)合，不可分割的組成護(hù)欄安全保護(hù)系統(tǒng)，才能有效抵抗車輛碰撞失速沖擊力。而在現(xiàn)有的高速公路上，經(jīng)常發(fā)生的車毀人亡撞防護(hù)欄的撞車事故，多因失速車輛速度太快，防阻塊并未達(dá)到護(hù)欄規(guī)范的初衷，阻尼時間太短，當(dāng)他還未來得及發(fā)揮吸收能量的應(yīng)有作用時，已被成串地撞成“鍋魁”狀。而護(hù)欄梁也因此更早的被失速過大的拉應(yīng)力所破壞；護(hù)欄柱更因脆性太大，缺乏柔性、韌性、強度，過早失穩(wěn)斷裂，而失去作用，護(hù)欄柱關(guān)鍵時應(yīng)具有強大的抗沖出能力，在以上護(hù)欄的三受力件中，柱的支撐作用尤為重中之重。如2004年5月14日，四川的《華西都市報》A2版，介紹的是成都的繞城高速公路39公里700米處，先后發(fā)生不同的兩起撞斷護(hù)欄的重大車禍，前一起豐田車，將7根護(hù)欄全部撞斷后一頭栽在路外的坡上，車身翻個滾，“嘭”的一聲巨響跌在水溝里，緊接著一輛2000型桑塔納在事故現(xiàn)場附近，又將長約15米長的波形欄桿全部撞斷撒在草地里……。
2004年7月14日公開的實用新型專利，一種護(hù)欄網(wǎng)板立柱。它是以中空管為柱本體，橫截面為蘑菇狀結(jié)構(gòu)，其尾部設(shè)有V形槽。雖然上述結(jié)構(gòu)能比純中空管柱多吸收一些能量，但要從根本上解決柱的失穩(wěn)碰撞破壞，僅憑這樣的改進(jìn)是起不到多大作用。
再如2004年8月20日，上述同一報的A4版，報道的是成南高速公路馮店隧道口中，一輛成都開往南部縣的大客車司機，因操作不當(dāng)，在隧道出口處，右邊約20米長的防護(hù)欄桿被撞開，變成了一堆彎曲的廢鐵，并造成翻車，5人死亡、27人受傷。以上三車禍造成護(hù)欄排倒，柱發(fā)生失穩(wěn)破壞，主要原因是護(hù)欄無韌性、脆斷、強度不足，瞬間未起到支撐作用，假如護(hù)欄柱具有一定韌性及強度，即便上述車輛失速，也無法在瞬間將護(hù)欄柱連根破壞，造成車毀人亡。又如上述同一版，2004年12月17日A8版報道昨日廣安一客車，以約車速80公里/小時速度，司機避讓另一車，一個急剎車，客車撞斷欄桿，斜著身子朝堡坎下墜去，造成2死16傷。此碰撞力，應(yīng)該能基本上應(yīng)將失速客車欄擊在護(hù)欄內(nèi)，但卻事與愿違。以上舉不勝舉的事故說明，我國護(hù)欄整體剛度偏低。另外，由于波形梁縱向頂邊處于懸置狀，碰撞時，多數(shù)在此造成應(yīng)力集中，并首先開始撕裂護(hù)欄梁，由此使梁產(chǎn)生斷裂破壞。它是我國交通事故10年來居世界第一的原因之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的是，上述護(hù)欄梁與護(hù)欄立柱受力兩分離問題。并在此基礎(chǔ)上提供一種剛?cè)嵯酀?jì)，脆而不斷，彎而不倒還極具強度，梁與柱始終連成不分離的整體連續(xù)緩沖護(hù)欄墻。
為了解決上述的問題，本發(fā)明采用的第一種技術(shù)方案是，在護(hù)欄梁內(nèi)，設(shè)有預(yù)應(yīng)力筋，而梁首尾相連，無限長，處于懸空狀，每跨留一連接孔。
所述安全護(hù)欄梁，可以是型鋼、拉擠型材等或減薄的型鋼、拉擠型材復(fù)合材料相復(fù)合后再在相應(yīng)的波形梁后面設(shè)有帶鋼絲或繩的橡膠管。
所述的安全護(hù)欄梁，可通用于護(hù)欄新規(guī)公路護(hù)欄碰撞等級為1至6級及相應(yīng)的各最大碰撞能量去選擇鋼絲繩，鋼絲的應(yīng)力，去彌補護(hù)欄梁不足的應(yīng)力。
所述的安全護(hù)欄梁，可通用于護(hù)欄新規(guī)公路護(hù)欄碰撞等級為1至6級中的路側(cè)護(hù)欄，中央分隔帶護(hù)欄梁。
本發(fā)明采用的第二種技術(shù)方案是安全護(hù)欄中的立柱，設(shè)有所述的護(hù)欄梁相對應(yīng)的連接孔，在被螺栓的連接下，支撐起懸空的護(hù)欄梁。而柱內(nèi)設(shè)有減薄的鋼材的復(fù)合材料替換柱，以及受拉材、受彎材，替換柱下端與原柱設(shè)在法蘭盤以下基礎(chǔ)內(nèi)，上端與原柱膠接成懸臂狀；受拉材、受彎材同時埋入基礎(chǔ)，受拉材上端一邊或兩邊與柱頂固定成預(yù)應(yīng)力狀，受彎材上端成懸臂狀。
所述減薄鋼材的替換柱，可以是拉擠型材，纏繞成型等復(fù)合材料與鋼相復(fù)合而成，而柱內(nèi)受拉材，可以是鋼絲繩、鋼絲等制成；受彎材可以是硬竹材、硬雜木材等材料制成。
所述的護(hù)欄立柱，可根據(jù)公路護(hù)欄碰撞等級1至6級所對應(yīng)的碰撞能量，選擇減薄鋼材的替換柱，選擇柱的受拉材，受彎材。
所述的安全護(hù)欄立柱，可通用于路側(cè)護(hù)欄立柱，中央分隔帶立柱使用，而在后者柱的根部下口中，另增設(shè)有一成水平狀的三角叉形承插式套管，它的上端被固定于柱根部口內(nèi)，下端叉形穿入相對的各公路基礎(chǔ)內(nèi)，它由相應(yīng)的應(yīng)力，作抗剪、防腐處理的相應(yīng)鋼管制成。
所述防護(hù)欄中的防阻塊，它是在現(xiàn)有的防阻塊中，加入了小皮球成品，并將他裝進(jìn)帶網(wǎng)眼尼龍網(wǎng)內(nèi)約束，即拴緊成預(yù)應(yīng)力狀，并將繩及球與防阻塊內(nèi)壁膠接而成，并成為類似小藍(lán)球狀。發(fā)生碰撞瞬間，又增加了扭矩，彈力極小的反推，且能壓縮、緩沖卸能。
所述的安全護(hù)欄，它是在護(hù)欄梁末端一側(cè)與防阻塊橫向中心重合處，設(shè)有一根數(shù)噸拉應(yīng)力的鋼絲繩，其相應(yīng)展開長度的兩端分別與各自的連接端固定。
和現(xiàn)有技術(shù)相比當(dāng)碰撞發(fā)生在護(hù)欄梁上時，梁所對應(yīng)的防阻塊內(nèi)預(yù)張緊的小皮球由于抗扭略有增強，及彈力的增加，它瞬間返給護(hù)欄梁一個極小的向前沖量，使車輛碰撞時的瞬時速度減小，沖擊能量相應(yīng)減小幾分。護(hù)欄梁同比減掉了比以前多的速度，卸掉了比以前多的能量。尤其是在護(hù)欄立柱內(nèi)，由于將法蘭盤和非法蘭盤基礎(chǔ)，改為柱心加鋼絲繩或鋼絲繩加橡膠管的柱下延伸基礎(chǔ)，使柱變成具有巨大支撐力和韌性，碰撞時，剛?cè)嵯酀?jì)，脆而不斷、彎而不倒的最佳彎曲強度，整個護(hù)欄不是以大力抗大力的下策，而是采用避讓的方式，即經(jīng)上、下、中間多級減速、緩沖后，再將碰撞時活荷載的合力，減為分力，最后是用無窮大的預(yù)應(yīng)力儲備即連續(xù)整體緩沖墻的合力，去抵消部份或全部荷載，去抵抗碰撞后車輛余下的分力，使梁與柱，永遠(yuǎn)無法分離，無法造成失穩(wěn)破壞，綜上所述它的特點是，它不向線形變形那樣，應(yīng)力應(yīng)變在結(jié)構(gòu)中疊加，使其失穩(wěn)，而是非線形變形關(guān)系，即重復(fù)使其恢復(fù)原狀。當(dāng)然該護(hù)欄更能達(dá)到護(hù)欄新規(guī)所期望的安全目標(biāo)——為防車輛越出公路外，護(hù)欄應(yīng)具有高彈性，以及剛度和強度，柱還應(yīng)具有足夠的支撐力，而避乘員傷亡，護(hù)欄剛度以偏小為好，這互相矛盾，但卻科學(xué)合理的問題被本發(fā)明的護(hù)欄緩沖墻迎刃而解。


圖1是預(yù)應(yīng)力復(fù)合材料多級減速緩沖墻結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2是以鋼管、鋼絲繩、橡膠管為主的預(yù)應(yīng)力立柱橫向結(jié)構(gòu)原理圖。
圖3是預(yù)應(yīng)力防阻塊橫向結(jié)構(gòu)原理圖。
圖4是以鋼管、帶鋼絲繩的橡膠管、竹材組成的復(fù)合型立柱橫向結(jié)構(gòu)原理圖。
圖5是以鋼管、鋼絲、硬木材等組成的復(fù)合型立柱橫向結(jié)構(gòu)原理圖。
圖6是以鋼管為主，竹、木材為輔，組成的復(fù)合型立柱橫向結(jié)構(gòu)原理圖。
圖7是以鋼管、鋼絲、板彈簧等組成的復(fù)合型立柱橫向結(jié)構(gòu)原理圖。
圖8是以鋼管、鋼絲、塑料管，板彈簧等組成的復(fù)合型立柱橫向結(jié)構(gòu)原理圖。
圖9是以鋼管、塑料管等組成的復(fù)合型立柱橫向結(jié)構(gòu)原理圖。
圖10是以鋼管、鋼絲、竹材等組成的復(fù)合型立柱橫向結(jié)構(gòu)原理圖。
圖11是柱基襯套及柱下基礎(chǔ)防拔出結(jié)構(gòu)原理圖。
圖12是帶鋼絲的橡膠管，設(shè)有鋼塑管，內(nèi)外壁結(jié)構(gòu)原理圖。
圖13是鋼塑管內(nèi)設(shè)受力大的小塑料管集合原理圖。
在圖中護(hù)欄梁1、鋼絲繩2、橡膠管3、防阻塊4、小皮球5、尼龍網(wǎng)6、立柱7、框架8、鋼絲9、地面10、地下基礎(chǔ)11、錨頭12、保險繩13、竹材14、木材15、復(fù)合柱16、板彈簧17、混凝土18、法蘭盤19、延伸柱基20、柱內(nèi)管21、護(hù)欄22。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作詳細(xì)描述。
在圖1中，護(hù)欄梁1它可以是型鋼、拉擠型材等或減薄的型鋼與拉擠型材復(fù)合材料成品相復(fù)合后，再在其相應(yīng)的波形梁后面設(shè)有帶鋼絲繩的橡膠管。交通部即將頒布的公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范(修定)中將公路護(hù)欄碰撞條件分為六個等級，以下新規(guī)范在此簡稱新規(guī)。(主要是使鋼絲繩去滿足護(hù)欄新規(guī)的位移量，使延伸于梁之后)，(現(xiàn)世界上眾多的塑料公司均能生產(chǎn)拉擠型材護(hù)欄梁)。
而在護(hù)欄梁1與防阻塊4的橫向中心重合處，設(shè)有一根數(shù)噸拉應(yīng)力的防護(hù)欄梁1，碰撞時，產(chǎn)生局部不均勻偏心荷載的防梁失穩(wěn)保險繩13，它一端與波形梁1的一孔內(nèi)橡膠管3及鋼絲繩2固定，另一端與適應(yīng)的長度、位置再與立柱7內(nèi)的鋼絲繩2或其它豎向件固定。
圖2中，護(hù)欄立柱7，在與防阻塊4相對應(yīng)處設(shè)有連接孔，在被螺栓的連接下，支撐起懸空護(hù)欄梁1，而柱基礎(chǔ)是在現(xiàn)法蘭盤基礎(chǔ)的基礎(chǔ)下，再作的改進(jìn)，在圖中的管頂、管底設(shè)有一框架8，鋼絲繩2先預(yù)埋于預(yù)留孔內(nèi)，安裝時，繩從底框架8上纏繞一圈后，再從柱中穿入項框架8，又纏繞一圈，并用鐵絲將繩末端纏緊后向下彎曲，將處于半張緊狀態(tài)的始末端重疊處，從縱、橫向纏緊幾十圈并膠接即可。而柱基則從原法蘭盤處，往柱下的混凝土基礎(chǔ)內(nèi)延伸200毫米以上，法蘭盤不動。隨即用混凝土填塞柱基礎(chǔ)四周的孔隙。最后擰緊法蘭盤柱基的螺栓。當(dāng)然，該鋼絲繩2的柱下延伸基礎(chǔ)，更適用于未設(shè)法蘭盤的柱基礎(chǔ)。
在圖4中，立柱7靠公路面的內(nèi)壁設(shè)有預(yù)應(yīng)力鋼絲9，它頂端與設(shè)的邊角框架8固定，它的下端，從預(yù)留孔中進(jìn)入后，留足十幾毫米的延伸長度后，與相靠的竹材14同時用混凝土18將預(yù)留孔填塞。圖5中，護(hù)欄立柱7的靠里內(nèi)壁從頂至底端，膠接有一張展開帶鋼絲繩的橡膠管3，底端并向基礎(chǔ)延伸，在內(nèi)壁前面設(shè)的硬木材柱15，它的周圍還設(shè)有硬竹材14，它的項部懸置與柱頂平齊，柱下處理與圖2相同。圖6中，護(hù)欄立柱7外壁設(shè)有處于懸臂狀的硬木材15，木材四周還設(shè)有處于懸臂狀的硬竹材14，并在內(nèi)壁四周還膠接有一圈拉擠型材塑料管，它們的柱下處理與圖2相同。圖7中，在立柱7靠外邊內(nèi)壁，設(shè)的是上端處于懸臂狀的硬竹材14，在14的靠里邊還設(shè)有處于懸臂狀的板彈簧17，靠里邊的內(nèi)壁還膠接一張有被展開的帶鋼絲的橡膠管3，底部向柱下延伸，上述其余懸臂以下的柱基礎(chǔ)處理同圖2。在圖8中，護(hù)欄立柱7的軸心內(nèi)，設(shè)置有兩塊大小不一，厚度相等處于懸臂狀的板彈簧17，它的靠里邊設(shè)有鋼絲繩2，頂端與固定的框架8連接，它們幾者的柱基礎(chǔ)處理與圖2相同。圖9中，護(hù)欄立柱7的靠內(nèi)，設(shè)有兩根先重疊膠接再與內(nèi)壁膠接的展開帶鋼絲的橡膠管3，在它的柱基礎(chǔ)以上，還應(yīng)留出約100多毫米成卷曲狀，柱下處理同圖2。以便使碰撞時延伸率，與立柱基本一致。各實施例中，未按此處理的，均應(yīng)與此作相同處理。而在立柱外壁四周，膠接有一根用拉擠成型制成的，帶有鋼絲的塑料管，管柱下也應(yīng)向下延伸，處理方法同圖2。圖10中，在靠里邊的內(nèi)壁，設(shè)有帶鋼絲的橡膠管3，在軸心靠內(nèi)邊，還設(shè)有處于懸臂狀的竹材14，其柱下處理與圖2相同。除了上面舉例的在柱內(nèi)外還可組合復(fù)合成各種典型的復(fù)合材料柱以外，利用以上幾種特殊材料還可排例組合成許多復(fù)合立柱，雖然在有硬竹材的基礎(chǔ)上，可取掉鋼絲，或鋼絲繩，但整個緩沖墻中的梁，防阻塊已具預(yù)應(yīng)力，所以取掉意義不大。上述各立柱7中的硬竹材四周，碰撞時在鋼管的整體約束下，形成合力的彎曲，當(dāng)公路最大碰撞能量在400KJ以下時，以不再膠接為好，以上已作局部膠接(當(dāng)柱內(nèi)采用集合式竹塊狀時，工藝本來已膠接處理)以上復(fù)合立柱，在比原金屬護(hù)欄造價低，綜合力學(xué)性能高的情況下，可任意排例組合，因各材料力學(xué)指標(biāo)已給出，從而達(dá)到最優(yōu)化的護(hù)欄。
在圖12中，補強的展開帶鋼絲的橡膠管，它是設(shè)在減薄的鋼塑管柱靠梁邊的管壁內(nèi)、外，其最后的接頭處理方法是采用從基礎(chǔ)延伸上來的外長膠帶，在柱頂缺口19處，向下彎折，與內(nèi)壁短的膠帶，用膠接加鉚接，及折皺的位移量，相對的外邊也采用此結(jié)構(gòu)約束柱頂，除此在該柱的外面，還有一層塑料管外套，以使柱外形美觀。以此形成一個內(nèi)、外套，并利用橡膠帶的面受力，和鋼絲的韌性，竹材的彎曲強度大的特性，來約束柱的瞬間變形，位移量由于柱碰撞時的受力，又被約束于柱下大地，成無窮大的反作用力。此柱主要用于400KJ以上和520KJ以上的碰撞能量而設(shè)，同時防立柱瞬間產(chǎn)生過大的位移而設(shè)。但也可以用于400KJ以下的碰撞能量。
在圖13中，減薄的鋼管、或塑料管的柱內(nèi)是設(shè)的柱內(nèi)管21，這種管由一半以上的纖維制成，直徑在20至30毫米，每根管可承受1至2噸彎曲荷載，并由此集合成所需的位移量。當(dāng)然以上各種預(yù)應(yīng)力復(fù)合立柱，均可參照此例，人為的設(shè)計位移量，去滿足護(hù)欄新規(guī)。
實施例1當(dāng)公路各護(hù)欄新防撞等級為3級護(hù)欄時，最大碰撞沖擊能量為280KJ時，上述的預(yù)應(yīng)力復(fù)合材料防護(hù)欄梁，是采用金屬護(hù)欄與復(fù)合材料防護(hù)欄各受一半荷載，并將金屬與復(fù)合材料相復(fù)合，而復(fù)合材料沖擊能量參本發(fā)明的實施例中，自由選擇相應(yīng)比金屬大的各種復(fù)合材料。以此彌補應(yīng)力不足部份。而復(fù)合材料四邊應(yīng)略小，并應(yīng)與金屬相重疊后，四邊應(yīng)平整一致，并用環(huán)氧樹脂膠粘，將金屬護(hù)欄與復(fù)合材料護(hù)欄兩重疊面分別刷勻，再重壓，經(jīng)達(dá)到說明書固化周期即可安裝，再設(shè)鋼絲繩橡膠復(fù)合材料管。同理當(dāng)公路防撞等級為2級護(hù)欄的碰撞沖擊能量時，選擇組合方法與上相同。當(dāng)公路防撞等級為6級，最大碰撞能量在520KJ以上時，采用的是金屬護(hù)欄結(jié)構(gòu)受力占1/2以上，余下的能量才選擇復(fù)合材料護(hù)欄，并與此相復(fù)合，其余的鋼絲繩與橡膠管復(fù)合材料的制作、安裝與上相同。但總的防碰撞的能量應(yīng)等于或大于新規(guī)，即數(shù)噸不同拉力的鋼絲繩，同樣，當(dāng)公路護(hù)欄碰撞等級4至5級時，其護(hù)欄的結(jié)構(gòu)受力分配，選擇與6級相同。從而達(dá)到碰撞時，吸能變形最大，而防碰撞能力則最大。當(dāng)然以上也可以在小于或等于400-520KJ以上碰撞能量的受力的條件下，只設(shè)金屬護(hù)欄，而再增設(shè)鋼絲繩與橡膠管相復(fù)合的抗失速的預(yù)應(yīng)力拉力緩沖管。
以上護(hù)欄不論碰撞能量多大的波形梁，均可在護(hù)欄梁縱向懸置的頂邊內(nèi)側(cè)加設(shè)一道受力為1噸或幾噸的鋼絲繩，制法基本與前述相同，唯不同的是，此時的橡膠管應(yīng)與梁接觸面膠接，當(dāng)為復(fù)合材料的夾層梁時，此時不設(shè)橡膠管，可選數(shù)根應(yīng)力接近的鋼絲夾于重疊邊內(nèi)，并對中間及首尾端進(jìn)行鉚接。以此彌補護(hù)欄梁碰撞時，梁邊緣偏必受力或應(yīng)力集中先破壞的情況。
除此，在上述梁中心線與防阻塊橫向中心線重合處，設(shè)有一根數(shù)噸應(yīng)力的鋼絲繩制成的保險繩，長約400毫米，其兩端分別與各自的連接端固定。它的作用時約束護(hù)欄梁碰撞時，防阻塊發(fā)生位移，扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生向上的力偶矩時，帶動多跨護(hù)欄梁整體越出柱頂平面的梁失穩(wěn)而設(shè)。
實施例2當(dāng)碰撞等級為1至6級及相應(yīng)的碰撞能量時，此時金屬制的立柱基礎(chǔ)受力改進(jìn)措施是在柱支座上，約200毫米處，下約300毫米處的柱內(nèi)壁，承搖插有一段拉擠型材管作加強支座。它是防止支座處產(chǎn)生應(yīng)力集中而造成的柱失穩(wěn)破壞而設(shè)。除此，還在前述改進(jìn)的柱內(nèi)增加了一根橡膠管成品，同時增加了上述的鋼絲繩及受彎材，并套在繩外，而柱基礎(chǔ)采用埋入式，埋入基礎(chǔ)內(nèi)的橡膠管末端則對破開口鉆孔，成扁平狀后，彎曲50毫米。鋼絲繩穿過口后，地錨圓圈內(nèi)自帶有一鋼條，再將膨脹螺釘塞入，最后封入30號的混凝土，標(biāo)號配方參(JT023-85)此時的柱頂?shù)南鹉z管處于張緊狀。其余未述及處，與上述相同。鋼絲繩的受力可比梁小，可選相應(yīng)的數(shù)噸拉力的鋼絲繩，使其柱有更大的緩沖、退讓距離，在此主要利用橡膠管瞬間具有的緩沖、韌性，不會產(chǎn)生脆斷，與鋼絲繩相復(fù)合，更能發(fā)揮剛?cè)嵯酀?jì)，使柱受彎時彎而不斷，柱經(jīng)繩管的減速、緩沖后變相增加了柱的剛度，提高了柱的承載能力，更好的發(fā)揮了柱的支撐能力，使整個護(hù)欄柱成為一道阻擋失速車輛的，又恰如其分的滿足新規(guī)護(hù)欄最大位移量的緩沖墻。以上法蘭盤連接的柱基礎(chǔ)，由于柱的彈模與混凝土彈模不一致，而在連接處造成應(yīng)力集中現(xiàn)象，經(jīng)上設(shè)計以上，它就改變了法蘭盤柱基的受力性能，方式將碰撞速度減緩，并通過連接的軸心受力緩沖拉力管，再傳部份力于地下基礎(chǔ)內(nèi)。
實施例3當(dāng)碰撞等級為1至3級護(hù)欄新規(guī)時，立柱的各型鋼構(gòu)造措施相同，唯不同的是，用拉擠型材復(fù)合材料管替換型鋼，替換后立柱的沖擊強度大于所述規(guī)范，總的費用比原設(shè)計減少，如碰撞等級為3的最大碰撞能量為280KJ以上，此時可選本實施例中所述的拉擠型材，其沖擊強度KJ/m400、立柱所承受最大沖擊荷載為F＝M/0.8m＝40KN；式中0.8M為碰撞時立柱的彎折點位置在地表面以下200毫米處加至護(hù)欄上面護(hù)欄中心點的距離；M為每米材料所承受的彎矩，上述值大于規(guī)范可以，其余復(fù)合材料選擇與此相同。
當(dāng)公路等級為6級時，最大碰撞能量為520KJ以上時，立柱的構(gòu)造措施基本上與以上各例相同，唯不同的是，柱截面可選擇小部份受力的金屬制的柱作外套，再向柱內(nèi)壁承插膠接一根內(nèi)柱，任選一項本實施例中的沖擊能量較大的復(fù)合材料柱相復(fù)合，并膠接，使總的碰撞能量大于新規(guī)范。這樣上述柱在發(fā)生最大碰撞能量時，既有金屬柱的剛度，又具有復(fù)合材料的韌性、吸能變形能力，而優(yōu)化組合后的總費用最少，受力最好。其余公路等級為4、5級時的復(fù)合組合方法、構(gòu)造方式與上例相同。
實施例4本發(fā)明的預(yù)應(yīng)力復(fù)合材料護(hù)欄立柱，可通用于交通部新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所述新規(guī)范，所界定的公路防撞等級為1至6級中的路側(cè)護(hù)欄、中央分隔帶護(hù)欄柱中使用。
實施例5本發(fā)明的上述各柱，當(dāng)用于作中央分隔帶的護(hù)欄時，基本上與上述各柱受力改進(jìn)措施相同，唯不同的是，在柱的根部下口，另增設(shè)有一成水平狀的三角叉形承插式套管，它的上端被固定于柱根部上口，下端叉形穿入相對的各公路基礎(chǔ)內(nèi)，它由直徑50毫米、壁厚5毫米相適應(yīng)的長，作防腐處理的抗剪鋼管制成，它的作用是彌補中央分隔帶未壓實的回填土、種植土，立柱的地基不能滿足規(guī)范穩(wěn)定性要求，當(dāng)失速車輛沖擊護(hù)欄時，許多護(hù)欄發(fā)生位移，護(hù)欄被上拔、或往后退，為增加護(hù)欄整體穩(wěn)定性而設(shè)。
當(dāng)然上以各改進(jìn)新型護(hù)欄，也適用于無防阻塊護(hù)欄安裝。
上述防護(hù)墻中的預(yù)應(yīng)力復(fù)合材料立柱，也適合作柔性護(hù)欄立柱。
實施例6本發(fā)明的緩沖墻中的立柱，它是用欄竹或硬頭黃竹等抗彎強度大的硬竹材與鋼管、鋼絲繩相復(fù)合后制成。而欄竹的制作工藝流程如下原竹→截斷→去外節(jié)→剖開→去內(nèi)節(jié)→剖青黃→干燥定型→防霉防蛀處理→涂膠→上鋼箍→熱壓。
選擇3-6年生的硬竹，避開生蟲的秋末及冬季。按內(nèi)柱地面以上，加地面以下的長度劇斷、打節(jié)、剖分、除去碎層蠟酯層，留下竹青面。
干燥初劈的硬竹片含水率較高，一般為25％-40％，浸膠前需進(jìn)行干燥處理。干燥方式可用自然溫度或烘干窯烘干，使含水率降低到18％-25％即可。(也可適用不剖開的整根竹)防霉防蛀處理配方及處理方法見后面。
涂膠其配方、膠粘劑、脲醛樹脂100份、固化劑、NH4CI濃度20％，為0.3％，另通過加適量氨水來控制涂膠過程的預(yù)固化。然后用手工刷膠，每塊竹材刷兩面，以刷勻為準(zhǔn)，涂膠后放在涂膠池的網(wǎng)格上，陳化至料表面形成一層膠膜，一般以1-2h為宜。
上鋼箍就時將以上形成膠膜的竹塊裝入預(yù)設(shè)計好的兩道鋼箍內(nèi)卡緊，并且是均分成竹內(nèi)層相靠，竹青成相背狀，這樣，當(dāng)護(hù)欄墻的碰撞發(fā)生在梁上，即柱端，或柱跨中時，竹內(nèi)柱均成彎曲狀。以形成柱狀，柱基礎(chǔ)留300或400毫米不設(shè)，與涂膠后形成整體，以克服其散片竹的離散性等缺陷。
熱壓將料坯放入熱壓機中，熱壓工藝條件為溫度100-130℃，時間1-1.5h；表壓22.6-28Mpa。熱壓后，將內(nèi)柱材卸下冷卻。原理是在一定溫度和壓力下使膠層凝固膠粘，緊固地把柱坯料膠合在一起。在膠合過程中，靠壓力和熱的作用，使膠合劑的化學(xué)成份迅速縮聚固化從而達(dá)到膠合。最后裝入柱內(nèi)，與鋼絲繩鋼管再膠接而成，且價廉。所以在此利用竹材的這一特有優(yōu)勢，去彌補鋼管碰撞時強度不足的缺陷，再利用鋼絲繩韌性好的力學(xué)性能，補充兩材料的共同缺陷，竹材的防霉防蛀配方酚醛樹脂液8份+0.2％五氯酚鈉92份；浸漬2min。配方2、A、五氯酚納5份+水95份；B硫酸鋅3份+水97份，將處理的半成品A液浸漬15min，取出晾干(不能曬太陽)，再置B液浸漬15min取出用清水漂洗干凈。以上經(jīng)干燥的竹材，也要選擇上述配方1或2進(jìn)行防霉防蛀處理后才能進(jìn)行下一步工藝。
實施例7部份復(fù)合材料成型方法及性能


實施例8

實施例9

實施例10

實施例11

實施例12

實施例13當(dāng)公路護(hù)欄碰撞等級為1至6級，各相應(yīng)的最大碰撞能量為70KJ以上，至160以上，280以上，400以上，520KJ以上時，可相應(yīng)的分別選擇上述實施例7中的纏繞、拉擠等所得的梁或柱，在滿足大的彎曲模量沖擊強度的前提下，再加帶鋼絲的橡膠管，受彎的硬竹材、鋼絲繩作構(gòu)造措施上的補強。以達(dá)到既滿足護(hù)欄碰撞新規(guī)的防碰撞能量要求，并有一定的應(yīng)力儲備，而且還可消除不安全隱患，除此價格不超過鋼材的費用。
厚度的選擇當(dāng)碰撞能量為70KJ以上時，如選拉擠型材梁的厚度約4毫米，柱為4，當(dāng)碰撞能量為160KJ以上時，梁的厚度約為9，柱為1.3；當(dāng)碰撞能量為280KJ以上時，梁的厚度16，柱為25；當(dāng)碰撞能量為400KJ以上時，梁為28，柱為35；當(dāng)碰撞能量為520KJ以上時梁為34，柱為40；當(dāng)按特殊情況設(shè)計的護(hù)欄，可參照以上設(shè)計，當(dāng)然還可以在本發(fā)明所提供的材料組合范圍靈活調(diào)整厚度。
實施例14當(dāng)公路護(hù)欄碰撞等級為1至6級及各相應(yīng)的最大碰撞能量時，可分別選擇上述實施例7中的拉擠、纏繞等，所選得的梁或柱，在滿足大的彎曲模量、沖擊強度的前提下，再加帶鋼絲橡膠管及鋼絲繩受拉、硬竹或木材等受彎，作結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施上的補強。以達(dá)到既滿足護(hù)欄碰撞新規(guī)的防碰撞能量要求，又要滿足半剛性護(hù)欄最大位移量的限值規(guī)定，即雙波梁1000(mm)、三波750。并且還有一定的應(yīng)力儲備，以消除純鋼性護(hù)欄不安全的隱患。
上述護(hù)欄梁的橫向位移量，可事先通過設(shè)在柱內(nèi)對稱位置中，不對稱長度的橡膠管或鋼絲的極限長度來控制，使其失速的車輛永遠(yuǎn)被控制在位移范圍，除此還因為柱的抗彎系數(shù)均大于該護(hù)欄柱的標(biāo)準(zhǔn)值。
由于在受拉梁和受彎柱中采用了預(yù)應(yīng)力，從而降低了較高荷栽水平，由于在護(hù)欄梁及立柱中共同采用了預(yù)應(yīng)力，。它可調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力，抵消或平衡部份或全部荷載。
實施例15護(hù)欄近似尺寸的確定，如碰撞能量為70KJ以上時，如選擇拉擠型材梁的近似厚度為4毫米，另在背面再膠接一根帶鋼絲的橡膠管，并展開，管的厚度為3毫米，每根極限荷載30KN；并選同一型材管作柱，壁厚近似的選為5毫米，柱心內(nèi)選加受彎強度高的楠竹，以整根直徑約取70毫米，壁厚約為5毫米，余下空間，以其它小直徑的硬竹材填滿為止。除此，在柱靠外的內(nèi)壁，再膠接一根展開的帶鋼絲的橡膠管，上述的護(hù)欄梁按抗彎強度的力學(xué)公式即fb＝M/W進(jìn)行驗算，式中M為梁或柱上彎曲矩值，W為截面系數(shù)。上述梁的截面抗彎系數(shù)也可近似按公式bh2/6計算，式中b為寬，h為高；也可直接從各種力學(xué)手冊表中查得。計算時，應(yīng)將膠接的橡膠管及楠竹分別與各自的本體厚度一起計，而柱局部設(shè)的膠管可忽略。這樣梁與柱的截面抗彎系數(shù)已大于上述標(biāo)準(zhǔn)值一倍以上，除此，它還利用了楠竹不破開時的整體空間剛度，去彌補型材不足的剛度，使應(yīng)力超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的應(yīng)力值。而帶鋼絲的橡膠管價格每米3至10元，而復(fù)合材料價比鋼材便宜近一倍，每柱加的楠竹價約為3元。梁比鋼材每米便宜5至6元，這樣梁每米可節(jié)約成本3元，每柱約便宜3元。而最大的節(jié)約是護(hù)欄每年不再作防腐處理，每米可節(jié)約投資成本約10元，如以10年為一個計算單位，在常規(guī)酸性條件下，使用壽命為30年。每公里可節(jié)約10萬元。如高速公路中的路側(cè)，加中央分隔帶每公里可節(jié)省投資2萬元以上，兩項合計每公里在12萬元以上。
實施例16本發(fā)明的護(hù)欄緩沖墻，不受形狀的限制，它適用于三波梁、箱梁、管梁或特殊斷面的梁；適用于槽形柱扁圓柱，H形柱、圓形柱等其它各種特殊斷面，參照本發(fā)明加裝進(jìn)受拉材、受彎材即可。也適用于減薄厚度的鋁合金護(hù)欄。當(dāng)然也可參照本人今日同時申請的橋梁護(hù)欄專利中的不同結(jié)構(gòu)組合。除此，本護(hù)欄緩沖墻，還通用于護(hù)欄碰撞等級1至6級以外的，未進(jìn)入上述規(guī)范的市區(qū)、城區(qū)、郊區(qū)等處，凡是需設(shè)置的地方均可采用。
當(dāng)碰撞發(fā)生在護(hù)欄22上的護(hù)欄梁1上時，帶鋼絲9的橡膠管3，帶著汽車的慣性及沖擊力，推動著多跨梁上的防阻塊4及尼龍網(wǎng)6內(nèi)張緊的小皮球5施加擠壓力，在壓力的作用下，小皮球5產(chǎn)生反彈，并在瞬間給護(hù)欄梁22一個極小的向前沖量，使車輛碰撞時的扭矩增強，由此將慣性及沖擊力傳至更多的跨的護(hù)欄22上。與此同時小皮球5被擠出防阻塊4，這樣防阻塊4吸能變形，緩沖至極限。而護(hù)欄梁1、帶鋼絲9的橡膠管3，共同組成多跨連續(xù)梁，并形成合力，去抵抗經(jīng)防阻塊4減速減力后車輛余下的分力，與此同時，碰撞的作用力又通過護(hù)欄立柱7及帶鋼絲9的橡膠管3，竹材14或木材15等傳入基礎(chǔ)。
由于護(hù)欄梁1及立柱7的上、下所組成的預(yù)應(yīng)力多級減速緩沖墻部份抵消或平衡了碰撞時的荷載。除此，多級減速緩沖墻單跨應(yīng)力，均大于汽車碰撞被多級減速后余下的分力。
當(dāng)碰撞發(fā)生在立柱7上時，由于立柱的單面或雙面始終被帶鋼絲9的橡膠管約束，既減速又被減力，并將作用力反作用于基礎(chǔ)。當(dāng)碰撞的作用力大于柱時，柱、竹材14等同時彎曲變形、減速、緩沖，再加上梁將多跨柱的連接，此時多跨梁，柱也成連續(xù)一體，梁將該柱的力，傳至前后的鄰跨，而且立柱7本身的應(yīng)力也大于碰撞應(yīng)力。即碰彎而不倒，脆即柱發(fā)生位移變形，在橡膠管及竹材的約束下不會發(fā)生脆斷，即既有柔性又有剛性。在碰撞的零點幾秒鐘，慣性及沖擊力已驅(qū)使車輛駛向前跨，又由于有保險繩13將發(fā)生在梁上的偏心荷載攔擊在立柱7內(nèi)，從而梁1與柱7，共同組成一道堅不可摧的，防半剛性護(hù)欄碰撞分離的預(yù)應(yīng)力復(fù)合材料多級減速緩沖墻的合力，去抵抗車輛碰撞時余下的分力。
權(quán)利要求
1.一種橋梁碰撞位移能復(fù)原的半剛性預(yù)應(yīng)力復(fù)合材料防護(hù)欄，它由鋼制的護(hù)欄梁與立柱組成，其特征在于護(hù)欄梁及支承護(hù)欄梁的立柱，由預(yù)應(yīng)力復(fù)合材料制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防護(hù)欄，其特征在于所說的預(yù)應(yīng)力復(fù)合材料護(hù)欄梁，是指它可以是由減薄的金屬波形梁，與拉擠型材梁相復(fù)合后，再在中間截面背面，膠接一根成展開狀的、具有預(yù)應(yīng)力的、帶鋼絲的橡膠管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的防護(hù)欄，其特征在于它可以是，由減薄的的金屬制的圓形、矩形、正方形、扁圓形等異形形狀的空心斷面或相同截面的鋁合金梁，再與拉擠型材梁相復(fù)合后，才在內(nèi)或外設(shè)有預(yù)應(yīng)力的，帶鋼絲的橡膠管，如設(shè)在背面則成展開狀，設(shè)在內(nèi)為整管，除此，還可在內(nèi)或外再增設(shè)鋼絲束或鋼絲繩。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防護(hù)欄，其特征在于當(dāng)橫梁為W形和三波形時，在護(hù)欄梁的背面，與立柱的正面之間，螺接有一防阻塊，防阻塊內(nèi)設(shè)有被尼龍網(wǎng)張緊的小皮球。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的防護(hù)欄，其特征在于它可以根據(jù)護(hù)欄橋規(guī)，等級1至6級所對應(yīng)的碰撞能量70KJ以上不等，去選擇組合三橫梁及雙橫梁相適宜的復(fù)合材料截面厚度，及相應(yīng)的鋼絲、鋼絲繩。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防護(hù)欄，其特征在于它可通用于橋規(guī)公路等級為1至6級所對應(yīng)的橋側(cè)護(hù)欄，中央分隔帶護(hù)欄，人行道與行車道分界處護(hù)欄及橋規(guī)以外的橋護(hù)欄。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防護(hù)欄，其特征在于支承護(hù)欄梁的預(yù)應(yīng)力復(fù)合材料立柱，其柱內(nèi)設(shè)有替換柱，還設(shè)有受拉材、受彎材，它們與原柱用埋入式埋入基礎(chǔ)；當(dāng)為地腳螺栓連接的基礎(chǔ)時，也應(yīng)同時埋入基礎(chǔ)；而替換柱與原柱膠接成懸臂狀；受拉材一邊或兩邊與柱頂固定成預(yù)應(yīng)力狀，受彎材上端成懸臂狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的防護(hù)欄，其特征在于所說的減薄鋼材的替換柱，可以是拉擠型材、纏繞成型材等任一種材與鋼制護(hù)欄柱相復(fù)合而成；而柱內(nèi)受拉材，可以是帶鋼絲的橡膠管、鋼絲繩等制成；而受彎材，可以是硬竹材、硬雜木材等制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的防護(hù)欄，其特征在于所說的護(hù)欄立柱，可以根據(jù)橋規(guī)碰撞等級1至6級所對應(yīng)的碰撞能量70KJ以上等選擇減薄鋼材替換柱，選擇柱內(nèi)受拉材、受彎材。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種防公路半剛性護(hù)欄碰撞分離的預(yù)應(yīng)力復(fù)合材料多級減速緩沖墻，旨在提供護(hù)欄梁與護(hù)欄立柱碰撞兩分離問題。其技術(shù)方案的要點是，采用的兩種技術(shù)方案，而第一種技術(shù)方案是在護(hù)欄梁內(nèi)，設(shè)有預(yù)應(yīng)力筋，而梁首尾相連無限長，處于懸空狀，設(shè)每跨為連接孔。第二種技術(shù)方案是，相對應(yīng)的護(hù)欄立柱設(shè)有與護(hù)欄梁相適應(yīng)的連接孔，在被螺栓的連接下，支撐起懸空的護(hù)欄梁，柱內(nèi)設(shè)有減薄鋼材的替換柱，以及鋼制受拉材、受彎材，替換柱下端與原柱設(shè)在地下基礎(chǔ)內(nèi)，上端與原柱膠接成懸臂狀；受拉材，受彎材同時埋入基礎(chǔ)，受拉材上端與柱頂固定成預(yù)應(yīng)力，受彎材上端成懸臂狀，它適合護(hù)欄新規(guī)1至6級的碰撞能量增減材料后選擇使用。
文檔編號E01F15/02GK1779077SQ20051002025
公開日2006年5月31日 申請日期2005年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月27日
發(fā)明者彭建濤 申請人:彭建濤