CN111065779A - 具有能量吸收层的电线杆 - Google Patents

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Abstract

支柱（诸如电线杆）具有能量吸收层，该能量吸收层定位成靠近地面并包围该杆，以吸收由于车辆冲击而产生的能量。

Description

具有能量吸收层的电线杆
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年8月25日提交的美国临时申请号62/550192的优先权，并且其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及支柱，诸如电线杆，其具有能量吸收层以减轻机动车辆冲击的损坏和严重性。
背景技术
支柱（诸如承载电力线的电线杆以及用于路标和广告牌的支撑件）由于它们的路边位置而容易与通常以相对高的速度行驶的机动车辆发生碰撞。公路安全保险协会报告称，在2015年，在因车辆与固定物体碰撞而导致的7627起死亡事故中，有整整12%或约915起死亡发生在与电线杆的碰撞中。统计数据显示，自1979年以来，死亡事故每年变化很小，其记录了由于各种类型的固定物体碰撞引起的超过10,000起死亡事故。此外，40%与电线杆的非致命碰撞导致了伤害。这种碰撞的代价（包括医疗代价、电力服务中断以及受损杆的修复）总计达数十亿美元。明显存在改进路边支柱（诸如电线杆）的安全性和耐撞性并由此降低死亡事故和相关代价的机会。
发明内容
本发明涉及一种用于支撑电力线的电线杆。在一个示例实施例中，该杆包括第一杆部分、第二杆部分、附接段和包围附接段的能量吸收层。第一杆部分适于至少部分地定位在地面以下。第二杆部分适于在地面上方延伸并支撑电力线。附接段具有附接到第一杆部分的第一端部和附接到第二杆部分的第二端部。附接段适于定位在地面上方并靠近地面。能量吸收层具有比第一杆部分和第二杆部分更低的压缩强度。
在特定的示例实施例中，附接段具有第一隔板、第二隔板和管。第一隔板附接到第一杆部分。第二隔板附接到第二杆部分。该管具有附接到第一隔板的第一端部和附接到第二隔板的第二端部。在另一个示例中，该管与第一杆部分和第二杆部分同轴对准。在另一个示例中，管的周长小于所述第一杆部分和第二杆部分的周长。另一个示例还包括包围所述管的套筒。在另一个示例中，套筒与管同轴布置。在另一个示例中，套筒的周长等于第一杆部分和第二杆部分的周长。
在另一个示例中，能量吸收层定位在套筒和管之间。在另一个示例中，能量吸收层包括泡沫铝。在另一个示例中，能量吸收层包括可回弹的弹性材料。在另一个示例中，能量吸收层包括橡胶。
在另外的示例中，能量吸收层包围管。作为示例，能量吸收层包括泡沫铝。在另一个示例中，能量吸收层包括可回弹的弹性材料。在另一个示例中，能量吸收层包括橡胶。
作为示例，附接段第一端部被螺栓连接到第一杆部分。在另一个示例中，附接段第一端部被焊接到第一杆部分。在另一个示例中，附接段第二端部被螺栓连接到第二杆部分。在另一个示例中，附接段第二端部被焊接到第二杆部分。
作为示例，第一隔板被螺栓连接到第一杆部分。在另一个示例中，第一隔板被焊接到第一杆部分。在另一个示例中，第二隔板被螺栓连接到第二杆部分。在另一个示例中，第二隔板被焊接到第二杆部分。在另一个示例中，管第一端部被螺栓连接到第一隔板。在另一个示例中，管第一端部被焊接到第一隔板。在另一个示例中，管第二端部被螺栓连接到第二隔板。在另一个示例中，管第二端部被焊接到第二隔板。
在示例实施例中，套筒的周长大于所述第一杆部分和第二杆部分的周长。
在另一个示例实施例中，支柱包括第一支柱部分、第二支柱部分、附接段和包围附接段的能量吸收层。第一支柱部分适于至少部分地定位在地面以下。第二支柱部分适于在地面上方延伸。附接段具有附接到第一支柱部分的第一端部和附接到第二支柱部分的第二端部。附接段适于定位在地面上方并靠近地面。能量吸收层具有比第一支柱部分和第二支柱部分更低的压缩强度。
在特定的示例实施例中，附接段具有第一隔板、第二隔板和管。第一隔板附接到第一支柱部分。第二隔板附接到第二支柱部分。管具有附接到第一隔板的第一端部和附接到第二隔板的第二端部。在另一个示例中，管与第一支柱部分和第二支柱部分同轴对准。在另一个示例中，管的周长小于所述第一支柱部分和第二支柱部分的周长。另一个示例还包括包围所述管的套筒。在另一个示例中，套筒与管同轴布置。在另一个示例中，套筒的周长等于第一支柱部分和第二支柱部分的周长。
在另一个示例中，能量吸收层定位在套筒和管之间。在另一个示例中，能量吸收层包括泡沫铝。在另一个示例中，能量吸收层包括可回弹的弹性材料。在另一个示例中，能量吸收层包括橡胶。
在另外的示例中，能量吸收层包围管。作为示例，能量吸收层包括泡沫铝。在另一个示例中，能量吸收层包括可回弹的弹性材料。在另一个示例中，能量吸收层包括橡胶。
在另一个示例中，支柱还包括安装在第二支柱部分上的至少一个灯。在另一个示例中，支柱还包括安装在第二支柱部分上的至少一个标志。
作为示例，附接段第一端部被螺栓连接到第一支柱部分。在另一个示例中，附接段第一端部被焊接到第一支柱部分。在另一个示例中，附接段第二端部被螺栓连接到第二支柱部分。在另一个示例中，附接段第二端部被焊接到第二支柱部分。
作为示例，第一隔板被螺栓连接到第一支柱部分。在另一个示例中，第一隔板被焊接到第一支柱部分。在另一个示例中，第二隔板被螺栓连接到第二支柱部分。在另一个示例中，第二隔板被焊接到第二支柱部分。在另一个示例中，管第一端部被螺栓连接到第一隔板。在另一个示例中，管第一端部被焊接到第一隔板。在另一个示例中，管第二端部被螺栓连接到第二隔板。在另一个示例中，管第二端部被焊接到第二隔板。
在示例实施例中，套筒的周长大于所述第一支柱部分和第二支柱部分的周长。
附图说明
图1是根据本发明的电线杆的示例实施例的立面图；
图2是图1所示电线杆的一部分的放大尺度的立面图；
图3是沿图2的线3-3截取的横截面图；
图4是沿图2的线4-4截取的纵向截面图；
图5是沿图2的线5-5截取的横截面图；
图6是图1所示电线杆的一部分的放大尺度的立面图，其图示了螺栓连接实施例；
图7是沿图6的线7-7截取的纵向截面图；
图7A是图7的替代实施例的纵向截面图；
图7B是图7的替代实施例的纵向截面图
图8是沿图6的线8-8截取的横截面图；
图9是沿图6的线9-9截取的横截面图；
图10是根据本发明的电线杆的另一示例实施例的立面图；
图11是根据本发明的电线杆的一部分的另一示例实施例的立面图；
图12是沿图11的线12-12截取的横截面图；
图13是沿图11的线13-13截取的横截面图；以及
图14是沿图11的线14-14截取的纵向截面图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的示例支柱10的立面图。在该示例中，支柱10是电线杆12，例如，具有约80英尺的高度和用于支撑电力线（未示出）的臂14和/或横向构件16的69 kV至130 kV电压等级的杆。支柱10也可用于支撑其他元件，例如灯或标志，诸如路标或广告，然而，本发明是根据支柱来描述的，应当理解，所要求保护的结构可应用于任何用途的任何类型的支柱。
杆12包括第一杆部分18，该第一杆部分18适于定位在地面20以下并将杆12锚定在适当位置。附加的锚固可由例如地面水平处或地面水平以下的混凝土基脚或外壳（未示出）提供。第二杆部分22适于在地面20上方延伸，第二杆部分支撑诸如臂14和横向构件16的结构。杆部分18和22可具有任何横截面形状，示例杆12的横截面在图3中被示为12边的多边形24，其边26为¼英寸到¾英寸厚的钢。其他材料（诸如铝）当然是可行的。如图1和2所示，附接段28具有附接到第一杆部分18的第一端部30和附接到第二杆部分22的第二端部32。附接段28实现杆部分18和22之间的附接，并且适于定位在地面20上方且靠近地面。在该示例中，杆部分18和22以及附接段28全部都同轴对准。
在图4所示的示例实施例中，附接段28包括附接到第一杆部分18的第一隔板34和附接到第二杆部分22的第二隔板36。在该示例中，隔板34和36包括½英寸厚的钢板，但是作为示例，厚度的范围可从¼英寸到¾英寸。管38具有附接到第一隔板34的第一端部40和附接到第二隔板36的第二端部42。如图5所示，管38具有多边形横截面44，其边46由½英寸钢形成。从¼英寸到¾英寸的厚度也是实用的。其他横截面形状和材料当然是可行的。管38与杆部分18和22同轴对准，并且周长48小于杆部分的周长50（见图3）。在该示例实施例中，隔板34和36与它们相应的杆部分18和22的附接以及管38的端部40和42与相应隔板34和36的附接实际上是通过焊接实现的，但是也可经由紧固件（诸如螺栓和接合凸缘的螺母）来附接。本文提供的特定设计细节仅作为示例，并且各种板和管直径、长度、厚度、材料和附接装置将由具体的设计要求决定，例如电线杆的高度和电压等级，或者招牌的重量和尺寸以及支撑支柱或杆的位置处的预期最大风速。
如图4和5中进一步所示，能量吸收层52包围附接段28。能量吸收层52具有比杆部分18和22以及附接段28更低的压缩强度，从而允许其在受到例如来自车辆的冲击时塑性变形并吸收能量。通过用层52来吸收冲击能量，杆12的结构完整性得到保持，从而防止杆的倒塌，并且降低车辆减速的严重性，由此减轻对车辆乘员的伤害。如图1和2所示，能量吸收层52定位在杆12的可能被车辆撞击的区域上但靠近地面20。在特定的示例实施例中，附接段28和能量吸收层52的长度约为24英寸，并且第一隔板34定位成离地面约18英寸。其他长度和位置当然是可行的，并且将由各种环境因素决定，举几个例子，诸如杆的高度和地理位置，以及预期会遇到的车辆的尺寸、重量和类型等。
在图4和5所示的示例实施例中，能量吸收层包括泡沫铝。三英寸厚的泡沫铝层具有高孔隙率，例如80%的孔隙率，其平均孔径为2至5 mm，其具有小于形成示例杆的其余部分的钢的抗压强度，并且预期提供有效水平的能量吸收以通过塑性变形保持杆的完整性并减轻车辆冲击的严重性。在替代实施例中，能量吸收层可包括由铝、塑料或复合材料制成的蜂窝结构，并且可以是束缚的或自由浮动的。在另一个示例实施例中，能量吸收层52可包括柔性的可回弹材料，诸如橡胶、橡胶化合物或凝胶。其他能量吸收材料包括由英国D3o实验室开发的D3o™、由俄亥俄州肯特市的Sorbothane公司制造和分销的工程聚氨酯（如Sorbothane™）以及由威斯康星州埃特里克市的Impact Gel™公司制造的工程硅胶（诸如Impact Gel™）。这种层的能量吸收预期通过基本上弹性或流变变形。
在示例实施例中，套筒54包围管38。套筒54与管38同轴布置，并保护能量吸收层52。套筒54可具有与第一杆部分和第二杆部分的周长相同的横截面形状和相同尺寸的周长56，并且因此形成与杆部分18和22的外表面60和62基本上连续的外表面58（见图2和4）。能量吸收层52被捕获在套筒54和管38之间，并且如果需要的话，套筒的尺寸可以扩大以提供更厚的能量吸收层52。
图6和7图示了用于将段28第一端部30和第二端部32附接到相应的第一杆段18和第二杆段22的示例实施例附接装置。附接段28与杆段18和22同轴对准。在图7所示的示例实施例中，附接段28包括附接到第一杆部分18的第一隔板34和附接到第二杆部分22的第二隔板36。
在图7A和7B中示出了示例实施例的附接细节。图7A图示了螺栓连接的附接细节。第一杆部分18和第二杆部分22具有第一杆部分凸缘19和第二杆部分凸缘21，以便于紧固。附接段28第一端部30和第二端部32经由螺栓70将第一杆部分凸缘19和第二杆部分凸缘21与第一附接端部30和第二附接端部32连接而附接到相应的第一杆部分18和第二杆部分22。第一隔板34和第二隔板36具有第一隔板凸缘35和第二隔板凸缘37，以便于紧固。第一隔板34和第二隔板36经由螺栓70将第一杆部分凸缘19和第二杆部分凸缘21与第一隔板凸缘35和第二隔板凸缘37连接而附接到相应的第一杆部分18和第二杆部分22。具有第一管端部40和第二管端部42的管38与第一隔板34和第二隔板36同轴对准。第一管端部40和第二管端部42具有第一管端部凸缘41和第二管端部凸缘43，以便于紧固。第一管端部40和第二管端部42经由螺栓70将第一管端部凸缘41和第二管端部凸缘43与第一隔板34和第二隔板36连接而附接到相应的第一隔板34和第二隔板36。隔板至管端部凸缘连接的螺栓模式如图9中的内螺栓模式所示。在该示例中，如图7A所示，套筒54具有第一套筒凸缘55和第二套筒凸缘57。套筒54与第一隔板34和第二隔板36同轴对准。第一套筒凸缘55和第二套筒凸缘57经由螺栓70将第一凸缘55和第二凸缘57连接到第一隔板凸缘35和第二隔板凸缘37而附接到相应的第一隔板34和第二隔板36。上述螺栓连接可以是螺栓与具有接合凸缘的螺母，或者是穿过凸缘进入螺纹***件或螺纹孔中的螺栓。
在图7B中图示了示例实施例的焊接附接细节。附接段第一端部30和附接段第二端部32经由焊缝72附接到相应的第一杆部分18和第二杆部分22。第一隔板34和第二隔板36经由焊缝72附接到相应的第一杆部分18和第二杆部分22。第一管端部40和第二管端部42经由焊缝72附接到相应的第一隔板34和第二隔板36。螺栓连接和焊接连接的组合也是可行的，并且将由安装考虑因素和具体设计要求决定，例如，电线杆的高度和电压等级、或者招牌的重量和尺寸、以及支撑支柱或杆的位置处的预期最大风速。
如图8所示，管38具有带边46的多边形横截面44，并且具有比图9中的杆部分的周长50更小的周长48。如图8所示，套筒54与管38同轴对准。图9图示了第一隔板34和第二隔板36延伸超过杆部分18和22的周长50，以便于附接套筒54。如图7所示，套筒54被螺栓连接在第一隔板34和第二隔板36，但也可以经由焊接来附接。
图10示出了另一个实施例64，其中，能量吸收层66具有凹形形状，并且包围层66的套筒68也是凹形的。
图11是另一实施例74的立面图。在该实施例中，能量吸收层76延伸超过杆部分18和22的外周长50，也参见图12。图12中示出了示例杆12，其具有1/4英寸厚的圆形横截面。厚度从1/8英寸到1/2英寸也是实用的。该实施例中的套筒78的周长80大于杆部分18和22的周长50。图13图示了具有圆形横截面的管38和套筒78。在该示例中，管38是1/4英寸厚的钢，并且套筒78是1/32英寸厚的钢。图14所示示例中的能量吸收层76为5英寸厚。在图14中，隔板34和36与它们相应杆部分18和22的附接、管38的端部40和42与相应隔板34和36之间的附接、以及套筒78和隔板34和36之间的附接实际上是通过焊接实现的，不过也可经由紧固件（诸如螺栓和接合凸缘的螺母）来附接。
实施例64和74允许能量吸收层根据需要相对于杆部分18和22的直径扩大，以根据情况需要吸收更多的能量。
期望本文描述的支柱10（诸如电线杆12）在被车辆撞击时防止或减少这种结构的倒塌，同时还减轻车辆乘员的伤害和死亡。

Claims (58)

1.一种用于支撑电力线的电线杆，所述杆包括：
第一杆部分，其适于至少部分地定位在地面以下；
第二杆部分，其适于在地面上方延伸并支撑所述电力线；
附接段，其具有附接到所述第一杆部分的第一端部和附接到所述第二杆部分的第二端部，所述附接段适于定位在地面上方并靠近地面；
包围所述附接段的能量吸收层，所述能量吸收层具有比所述第一杆部分和第二杆部分更低的压缩强度。
2.根据权利要求1所述的电线杆，其中，所述附接段包括：
附接到所述第一杆部分的第一隔板；
附接到所述第二杆部分的第二隔板；
管，其具有附接到所述第一隔板的第一端部和附接到所述第二隔板的第二端部。
3.根据权利要求2所述的电线杆，其中，所述管与所述第一杆部分和第二杆部分同轴对准。
4.根据权利要求2所述的电线杆，其中，所述管的周长小于所述第一杆部分和第二杆部分的周长。
5.根据权利要求4所述的电线杆，其还包括包围所述管的套筒。
6.根据权利要求5所述的电线杆，其中，所述套筒与所述管同轴布置。
7.根据权利要求6所述的电线杆，其中，所述套筒的周长等于所述第一杆部分和第二杆部分的周长。
8.根据权利要求5所述的电线杆，其中，所述能量吸收层定位在所述套筒和所述管之间。
9.根据权利要求8所述的电线杆，其中，所述能量吸收层包括泡沫铝。
10.根据权利要求8所述的电线杆，其中，所述能量吸收层包括可回弹的弹性材料。
11.根据权利要求10所述的电线杆，其中，所述能量吸收层包括橡胶。
12.根据权利要求2所述的电线杆，其中，所述能量吸收层包围所述管。
13.根据权利要求12所述的电线杆，其中，所述能量吸收层包括泡沫铝。
14.根据权利要求12所述的电线杆，其中，所述能量吸收层包括可回弹的弹性材料。
15.根据权利要求14所述的电线杆，其中，所述能量吸收层包括橡胶。
16.根据权利要求1所述的电线杆，其中，所述附接段第一端部被螺栓连接到所述第一杆部分。
17.根据权利要求1所述的电线杆，其中，所述附接段第一端部被焊接到所述第一杆部分。
18.根据权利要求1所述的电线杆，其中，所述附接段第二端部被螺栓连接到所述第二杆部分。
19.根据权利要求1所述的电线杆，其中，所述附接段第二端部被焊接到所述第二杆部分。
20.根据权利要求2所述的电线杆，其中，所述第一隔板被螺栓连接到所述第一杆部分。
21.根据权利要求2所述的电线杆，其中，所述第一隔板被焊接到所述第一杆部分。
22.根据权利要求2所述的电线杆，其中，所述第二隔板被螺栓连接到所述第二杆部分。
23.根据权利要求2所述的电线杆，其中，所述第二隔板被焊接到所述第二杆部分。
24.根据权利要求2所述的电线杆，其中，所述管第一端部被螺栓连接到所述第一隔板。
25.根据权利要求2所述的电线杆，其中，所述管第一端部被焊接到所述第一隔板。
26.根据权利要求2所述的电线杆，其中，所述管第二端部被螺栓连接到所述第二隔板。
27.根据权利要求2所述的电线杆，其中，所述管第二端部被焊接到所述第二隔板。
28.根据权利要求6所述的电线杆，其中，所述套筒的周长大于所述第一杆部分和第二杆部分的周长。
29.一种支柱，所述支柱包括：
第一支柱部分，其适于至少部分地定位在地面以下；
第二支柱部分，其适于在地面上方延伸；
附接段，其具有附接到所述第一支柱部分的第一端部和附接到所述第二支柱部分的第二端部，所述附接段适于定位在地面上方并靠近地面；
包围所述附接段的能量吸收层，所述能量吸收层具有比所述第一支柱部分和第二支柱部分更低的压缩强度。
30.根据权利要求29所述的支柱，其中，所述附接段包括：
附接到所述第一支柱部分的第一隔板；
附接到所述第二支柱部分的第二隔板；
管，其具有附接到所述第一隔板的第一端部和附接到所述第二隔板的第二端部。
31.根据权利要求30所述的支柱，其中，所述管与所述第一支柱部分和第二支柱部分同轴对准。
32.根据权利要求30所述的支柱，其中，所述管的周长小于所述第一支柱部分和第二支柱部分的周长。
33.根据权利要求32所述的支柱，还包括包围所述管的套筒。
34.根据权利要求33所述的支柱，其中，所述套筒与所述管同轴布置。
35.根据权利要求34所述的支柱，其中，所述套筒的周长等于所述第一支柱部分和第二支柱部分的周长。
36.根据权利要求33所述的支柱，其中，所述能量吸收层定位在所述套筒和所述管之间。
37.根据权利要求36所述的支柱，其中，所述能量吸收层包括泡沫铝。
38.根据权利要求36所述的支柱，其中，所述能量吸收层包括可回弹的弹性材料。
39.根据权利要求38所述的支柱，其中，所述能量吸收层包括橡胶。
40.根据权利要求30所述的支柱，其中，所述能量吸收层包围所述管。
41.根据权利要求40所述的支柱，其中，所述能量吸收层包括泡沫铝。
42.根据权利要求40所述的支柱，其中，所述能量吸收层包括可回弹的弹性材料。
43.根据权利要求42所述的支柱，其中，所述能量吸收层包括橡胶。
44.根据权利要求29所述的支柱，还包括安装在所述第二支柱部分上的至少一个灯。
45.根据权利要求29所述的支柱，还包括安装在所述第二支柱部分上的至少一个标志。
46.根据权利要求29所述的支柱，其中，所述附接段第一端部被螺栓连接到所述第一支柱部分。
47.根据权利要求29所述的支柱，其中，所述附接段第一端部被焊接到所述第一支柱部分。
48.根据权利要求29所述的支柱，其中，所述附接段第二端部被螺栓连接到所述第二支柱部分。
49.根据权利要求29所述的支柱，其中，所述附接段第二端部被焊接到所述第二支柱部分。
50.根据权利要求30所述的支柱，其中，所述第一隔板被螺栓连接到所述第一支柱部分。
51.根据权利要求30所述的支柱，其中，所述第一隔板被焊接到所述第一支柱部分。
52.根据权利要求30所述的支柱，其中，所述第二隔板被螺栓连接到所述第二支柱部分。
53.根据权利要求30所述的支柱，其中，所述第二隔板被焊接到所述第二支柱部分。
54.根据权利要求30所述的支柱，其中，所述管第一端部被螺栓连接到所述第一隔板。
55.根据权利要求30所述的支柱，其中，所述管第一端部被焊接到所述第一隔板。
56.根据权利要求30所述的支柱，其中，所述管第二端部被螺栓连接到所述第二隔板。
57.根据权利要求30所述的支柱，其中，所述管的第二端部被焊接到所述第二隔板。
58.根据权利要求34所述的支柱，其中，所述套筒的周长大于所述第一和第二支柱部分的周长。
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