KR101085888B1 - 가드레일의 충격감쇄 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도로 가드레일용으로 설치되는 완충부재를 소성변형부재와 탄성변형부재로 복합 구성하므로서 차량충돌에 의한 충격에너지의 흡수효과를 배가시키는 한편, 이차적인 반발충격을 억제하므로서 가드레일과 차량은 물론 탑승자의 신체적 손상을 최소화시키기 위한 가드레일의 충격흡수·감쇄 구조에 관한 것이다.

가드레일, 탄성변형, 소성변형, 충격에너지, 완충부재

Description

가드레일의 충격감쇄 구조{Shock absorbing device of guard rail}

본 발명은 도로의 노변이나 중앙분리대 또는 교량의 난간 등에 설치되어 주행하는 차량의 이탈이나 전복을 방지하기 위한 가드레일에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 차량이 가드레일에 충돌시 그 충격에너지를 흡수·완화하는 충격감쇄 구조에 관한 것이다.

일반적으로 도로용 가드레일은 도 1에 도시된 바와 같이 철판을 절곡 형성한 가드레일판(10)과, 철재 파이프 또는 콘크리트재의 지주(20), 그리고 상기 가드레일판(10)과 지주(20)를 연결 고정하는 완충부재(30)로 이루어져 있다.

상기한 가드레일판(10)은 사전 설정된 충격에너지를 견딜 수 있도록 일정 강도로 설계되는 강성부재이며, 완충부재(30)는 상기 가드레일판(10)의 강도와 같거나 그 보다 다소 낮은 강도로 설정되므로서 상기 가드레일판(10)이 훼손되기 전에 먼저 변형훼손되도록 구성되는 부재이고, 지주(20)는 전술한 가드레일판(10)의 설계강도보다도 큰 강도로 설정되는 강성부재이다.

이와 같은 가드레일에 차량이 충돌하게 되면 일차적으로 가드레일판(10)이 충격을 받게 되고, 그 충격이 2차적으로 완충부재(30)를 거쳐 지주(20)로 최종 전달된다.

따라서 차량 충돌에 의한 충격에너지가 경미한 경우에는 일차적으로 가드레일판(10)의 강성과 완충부재(30)의 변형에 의해 흡수·완화되고, 보다 강한 경우에는 가드레일판(10)과 완충부재(30)가 함께 변형하거나 파손되므로서 감쇄되며, 충격에너지가 아주 강한 경우에는 지주(20) 자체가 변형되거나 쓰러지므로서 최종 흡수되고, 사고차량은 가드레일의 경계를 넘어 이탈하는 상황으로까지 전개된다.

결국, 충격에너지에 대한 흡수 또는 완화방식은 가드레일의 전체적인 강성(剛性)을 높여 대처하거나, 가드레일판 또는 완충부재의 구조와 관련시켜 여러형태로 충격을 흡수·완화하는 방식으로 대처할 수 밖에 없다.

먼저, 가드레일의 강성을 전체적으로 높여 대처하는 방식은 차량의 이탈이나 시설의 훼손 등은 상단수준 방지할 수 있으나, 충돌사고시 차량의 손상은 물론 탑승자의 신체적 위해가 심각해질 위험이 있을 뿐만 아니라, 시설비도 과도하게 높아지는 문제가 따르게 된다.

따라서 선행기술들은 대부분 두번째 방식 즉, 가드레일판 또는 완충부재의 개선구조에 의하여 해결하고 있으며, 그 중에서도 완충부재의 개선에 관련된 기술들이 거의 대부분을 차지하고 있다.

그리고 이러한 선행기술들은 크게 탄성변형과 소성변형에 의해 충격을 흡수하거나 완화하는 메카니즘 또는 이들의 조합구조로 되어 있다.

도 2로 도시되어 있는 국내실용신안 등록번호 제20-0229387호(등록일자 2001.04.21) "도로용 가드레일"은 완충부재(30)가 탄성변형에 의해 충격에너지를 흡수·완화하는 방식의 대표적인 사례인 바, 이러한 탄성변형 방식은 일단 차량 충돌에 의한 충격에너지를 흡수·완화하기는 하나 상기 완충부재(30)가 원래의 형상으로 돌아가려는 이차적인 복원력에 의해 재차 반발충격이 차량이나 운전자에게 전달되어 또 다른 위해의 요인이 되는 문제점이 있다.

도 3에 도시되어 있는 국내 특허공보 공개번호 제10-2004-0086115호(공개일자 2004.10.08) "가드레일의 충격흡수 구조체"는 소성변형에 의해 충격에너지를 흡수한 이후의 상태를 도시한 사례인 바, 이 경우에는 완충부재(30)가 소성변형되므로 충격에너지를 효과적으로 흡수하기는 하나 상대적으로 약한 충격에도 완충부재(30)가 복귀 불능상태로 훼손되는 문제점이 있다.

도 4에 도시되어 있는 국내 특허공보 공개번호 제10-2008-0102017호(공개일자 2008.11.24) "이중 상쇄구조의 도로용 충격흡수대"는 소성변형과 탄성변형을 조합한 방식의 사례인 바, 이 역시 소성변형을 초과하는 강한 충격에너지가 수반되는 차량충돌의 경우에는 결국 판스프링(2)에 의한 이차적인 탄성 복원력이 작용하게 되므로, 이 역시 여전히 또 다른 위해요인이 되는 단점이 있다.

기타 고무나 연질합성수지와 같은 탄성재들도 간혹 충격흡수재로 이용되고 있으나, 이들 탄성재들은 시간이 지남에 따라 비바람 등에 노후·변질되어 탄성력 자체가 훼손되는 문제 때문에 실효성이 없다는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점에 착안하여 차량충돌에 의한 강한 충격에너지를 보다 효과적으로 흡수·감쇄하므로서, 가드레일이나 차량의 파손은 물론 탑승자에 가해지는 위해요인을 최소화할 수 있는 도로 가드레일의 충격흡수 감쇄구조를 제안함에 그 목적이 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다음과 같은 기술적 해결수단으로 이루어짐을 특징으로 한다.

즉, 본 발명은 완충부재를 소성변형부재와 탄성변형부재로 조합 구성하되, 외곽구조인 소성변형부재 내부에 탄성변형부재를 설치함으로써, 상기 탄성변형부재의 이차적인 탄성반발을 변형된 소성변형부재 내에서 억제시킴을 기본적인 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 상기 탄성변형부재는 코일스프링 또는 판스프링을 선택적 혹은 복합적 구성할 수 있음을 이차적 특징으로 한다.

본 발명은 전술한 바와 같이 소성변형부재의 변형공간범위 내에 탄성변형부재가 위치하여 함께 거동되므로서, 충격에너지에 대하여 소성변형부재와 탄성변형부재가 함께 순차적으로 변형하면서 충격을 흡수하므로 충격에너지의 흡수효과가 배가되어 상당한 강도의 충돌사고에도 구조물이 훼손되거나 파손되지 않게 된다.

그리고 일정 강도를 초과한 충격에너지가 가해지는 경우에는 탄성변형부재가 변형된 소성변형부재 내에 갇히거나, 그 탄성 복원력이 현저하게 억제 되므로 이차적인 탄성충격이 발생하지 않아 차량이나 탑승자에 대한 위해요인이 최소화 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 탄성변형부재가 소성변형부재 내에 수용될 뿐만 아니라, 수용되는 탄성변형부재도 코일스프링과 판스프링 등으로 복합 또는 중복 구성할 수 있어 시설구조물의 설치공간이나 면적을 효과적으로 활용할 수 있는 이점이 기대된다.

본 발명을 가드레일의 완충부재에 적용한 사례에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 5에 예시된 완충부재(30)는 사다리꼴 모양의 소성변형부재(31) 내에 탄성변형부재로서 코일스프링(32)을 내설한 경우로, 가드레일판(10)과 지주(20) 사이의 간격이 상대적으로 큰 경우에 적용하기 좋다.

도 6에는 직사각형 모양의 소성변형부재(31) 내에 탄성변형부재로서 판스프링(33)을 내설한 경우로, 이 경우에는 가드레일판(10)과 지주(20)의 간격이 상대적으로 좁은 구조에 적용하기 알맞은 형태이다.

도 7은 소성변형부재(31) 내에 탄성변형부재로 코일스프링(32)과 판스프링(33)을 복합시켜 내설한 구조로서, 탄성변형부재의 탄발력을 현저히 강화시키는 경우에 적용할 수 있다.

이상에 예시된 소성변형부재(31)는 어느 경우든 폐쇄된 형상으로 되어 있고, 가드레일판(10)과 접면하는 변의 양단부에 프렌지(34)가 연장 형성되어 있다.

상기 소성변형부재(31)는 상기 프렌지(34) 부위에서 가드레일판(10)과 리베팅이나 볼트체결방식에 의해 일체로 연결·고착되어 있으며, 다시 지주(20)와 가드레일판(10)은 소성변형부재(31)와 탄성변형부재(32)(33)들을 관통하여 볼트(35)에 의해 함께 체결되어 있다.

이상과 같이 구성된 본 발명은 차량충돌시 가드레일판(10)에 가해지는 충격에너지가 완충부재(30)에 외력으로 작용하여 최종적으로 지주(20)에 전달되는 바, 상기 외력은 먼저 완충부재(30)의 외곽인 소성변형부재(31)에 가해지게 된다.

따라서 일정한 강도 이상의 외력이 작용하면 소성변형부재(31)가 찌그러지는 등의 변형이 일어나야 되나, 이때 그 내부에서 탄성변형부재(32)(33)가 받쳐주면서 탄성적으로 충격에너지를 흡수하는 결과가 되어 소성변형부재(31)는 전술한 가드레일판(10)의 설정강도 범위 내에서는 찌그러지는 등의 훼손이 발생하지 않게 된다.

그리고 상기 설정강도 보다 훨씬 큰 외력이 작용하게 되면, 소성변형부재(31)는 탄성변형부재(32)(33)와 함께 원상회복이 안되는 정도의 소성변형 즉, 찌그러지므로서 한번 더 충격에너지를 흡수할 뿐만 아니라, 그 과정에서 탄성변형부재(32)(33)는 계속 탄성변형하면서 충격을 흡수하므로 충격감쇄 능력이 배가된다.

이와 같은 과정을 통해 소성변형부재(31)가 완전히 찌그러들면, 그 안에 갇혀 있는 탄성변형부재(32)(33)도 탄성 복원력을 잃거나 억제되므로 결국, 탄성 복원력에 의한 이차충격이 충돌차량이나 탑승자에게 전달되지 않게 된다.

따라서 본 발명은 차량 충돌사고에 의한 충격에너지를 보다 효과적으로 흡수·감쇄시킬 뿐만 아니라 차량파손이나 탑승자의 신체적 위해요인을 최소화 시킬 수 있게 되는 것이다.

이상의 사례는 본 발명을 가드레일의 완충부재에 적용한 예시지만 동일한 기술목적이나 기능을 갖는 자동차 범퍼나 선박의 접안시설 즉, 방현재 등의 유사한 기술분야에도 적용될 수 있음은 물론이다.

도 1 a, b는 종래 가드레일의 구조도

도 2는 종래 탄성변형에 의해 충격에너지를 흡수하는 가드레일의 평단면도.

도 3은 종래 소성변형에 의해 충격에너지를 흡수하는 가드레일의 충격 후의 상태를 나타낸 평단면도.

도 4는 종래 탄성변형과 소성변형을 조합한 가드레일의 측단면도.

도 5는 본 발명 가드레일의 충격감쇄 구조로 소성변형부재 내에 탄성변형부재로 코일스프링이 내설된 상태의 평단면도.

도 6은 본 발명 가드레일의 충격감쇄 구조로 소성변형부재 내에 탄성변형부재로 판스프링이 내설된 상태의 평단면도.

도 7은 본 발명 가드레일의 충격감쇄 구조로 소성변형부재 내에 탄성변형부재로 코일스프링과 판스프링이 복합 내설된 상태의 평단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 가드레일판 20 : 지주

30 : 완충부재 31 : 소성변형부재

32 : 코일스프링 33 : 판스프링

34 : 프렌지

Claims (2)

1. 가드레일판(10)과 지주(20) 그리고 이들을 연계하는 완충부재(30)로 이루어지는 도로의 가드레일에 있어서,

   상기 완충부재(30)를 소성변형부재(31)와 탄성변형부재로 구성하되, 상기 소성변형부재(31) 내부에 탄성변형부재를 설치하여서 된 것을 특징으로 하는 도로 가드레일의 충격감쇄 구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 탄성변형부재는 코일스프링(32)이나 판스프링(33)인 것을 특징으로 하는 도로 가드레일의 충격감쇄 구조.

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