PL222954B1

PL222954B1 - Słupek ochronnej bariery drogowej oraz bariera drogowa zawierająca taki słupek

Info

Publication number: PL222954B1
Application number: PL400768A
Authority: PL
Inventors: Dawid Pałkowski; Marcin Piechnik
Original assignee: Stalprodukt Spółka Akcyjna
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2016-09-30
Also published as: EP2708654A3; NO2708654T3; DK2708654T3; LT2708654T; EP2708654A2; PL400768A1; EP2708654B1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest słupek ochronnej bariery drogowej w formie metalowego kształtownika cienkościennego o zasadniczo sigmoidalnym przekroju poprzecznym mający dwie ścianki boczne, dwie ścianki końcowe zasadniczo prostopadłe do ścianek bocznych oraz dwie ścianki skośne nachylone pod kątem ostrym do ścianek bocznych i połączone ze ścianką środkową zasadniczo pr ostopadłą do ścianek bocznych. Przedmiotem wynalazku jest również ochronna bariera drogowa zawierająca takie zamocowane w podłożu zasadniczo pionowe słupki, do których zamocowane są zasadniczo poziome kształtownikowe odbojnice, których profil ma dwie części zewnętrzne pomiędzy, którymi znajduje się część wewnętrzna o wypukłości przeciwnej do wypukłości części zewnętrznych.

Ochronne bariery drogowe zawierające słupki tego typu zabezpieczają poruszające się pojazdy, a zwłaszcza masywne pojazdy z napędem silnikowym w miejscach niebezpiecznych.

Pionowe słupki tego typu zorientowane wzdłużnie lub poprzecznie względem odbojnic bariery ujawniono między innymi w niemieckich opisach patentowych DE 36 40 821 C1 i DE 44 25 182 A1, niemieckich opisach wzorów użytkowych DE 87 14 122 U1 i DE 202 08 567 U1.

Innym przykładem słupka tego typu jest słupek „Sigma 100 produkowany przez zgłaszającego, którego przekrój poprzeczny przedstawiono na rysunku Pos. I. Grubość G profilu słupka 1a wynosi 4 mm i zawiera on dwie równoległe względem siebie ścianki boczne 2a, dwie współpłaszczyznowe ścianki końcowe 3a o szerokości S1 wynoszącej 16 mm, dwie ścianki skośne 4a o szerokości 52 w ynoszącej 37 mm i ściankę środkową 5a o szerokości S3 wynoszącej 48 mm. Ścianka skośna 4a w ychodzi ze ścianki bocznej 2a pod kątem ostrym a wynoszącym około 45°. Ścianka środkowa 5a jest odsunięta od krawędzi styku ścianki bocznej 2a ze ścianką skośną 4a na odległość L1 wynoszącą 26 mm. Całkowita szerokość S słupka 1a wynosi 100 mm, a jego długość L wynosi 55 mm.

Celem wynalazku byto dostarczenie słupka bariery drogowej, który umożliwiałby konstruowanie barier drogowych o polepszonej zdolności amortyzacyjnej w momencie kolizji pojazdu z barierą, c echujących się jednocześnie prostym i szybkim montażem. Celem wynalazku było również dostarczenie ochronnej bariery drogowej zawierającej takie słupki.

Istotą wynalazku jest ujawniony na wstępie niniejszego opisu słupek ochronnej bartery drogowej charakteryzujący się tym, że ma dodatkowo dwie ścianki pośrednie zasadniczo prostopadłe do ścianek bocznych, z których każda łączy ściankę boczną ze ścianką skośną.

Korzystnie stosunek szerokości słupka do szerokości jego ścianki pośredniej zawiera się w przedziale od 3,5 do 4,0.

Korzystnie stosunek szerokości słupka do jego długości zawiera się w przedziale od 1,5 do 2,0.

Korzystnie stosunek długości słupka do odległości pomiędzy płaszczyzną ścianki środkowej a płaszczyzną ścianki pośredniej zawiera się w przedziale od 2.5 do 3,5,

Korzystnie kąt pomiędzy ścianką skośną a ścianką boczną zawiera się w przedziale od 20 do 28 stopni.

Korzystnie promień krzywizny przejść pomiędzy ściankami profilu słupka odpowiada zasadniczo grubości słupka.

Dzięki temu, w przypadku wykonania słupka z taśmy ocynkowanej, zmniejsza się prawdopodobieństwo łuszczenia cynku w miejscach gięcia.

Istotą wynalazku jest również ochronna bariera drogowa zawierająca takie zamocowane w podłożu zasadniczo pionowe słupki, do których zamocowane są zasadniczo poziome kształtownikowe odbojnice, których profil ma dwie części zewnętrzne pomiędzy, którymi znajduje się część wewnętrzna o wypukłości przeciwnej do wypukłości części zewnętrznych, charakteryzująca się tym, że rzeczone słupki mają dodatkowo dwie ścianki pośrednie zasadniczo prostopadłe do ścianek bocznych, z których każda łączy ściankę boczną ze ścianką skośną. Odbojnica takiej bariery jest korzystnie przykręcona do ścianki bocznej słupka.

Ochronne bariery drogowe według wynalazku zawierające słupki według wynalazku mogą cechować się różnymi poziomami powstrzymywania od N1 do H2 (według normy PN-EN 1317-2) przy jednoczesnym obniżeniu szerokości pracującej oraz zachowaniu bardzo dobrego poziomu intensywności zderzenia i absorpcyjności energii.

Wynalazek uwidoczniono w przykładzie wykonania i na załączonym rysunku, na którym:

fig. 1 przedstawia przykład wykonania ochronnej bariery drogowej według wynalazku w widoku z przodu, fig. 2 przedstawia barierę z rysunku fig. 1 w widoku z góry,

PL 222 954 B1 fig. 3 przedstawia przekrój poprzeczny bariery z rysunku fig. 1 w płaszczyźnie A-A, fig. 4 przedstawia powiększenie obszaru B z rysunku fig. 2, fig. 5 przedstawia widok rozłożony obrazujący połączenie odbojnic kształtownikowych ze słupkiem, fig. 8 przedstawia przekrój poprzeczny profilu słupka według wynalazku.

Przedstawiona na figurach od fig, 1 do fig. 5 ochronna bariera drogowa 6 według wynalazku zawiera zamocowane w podłożu zasadniczo pionowe słupki 1 o wysokości H1 równej 1650 mm wystające ponad podłoże na wysokość H2 wynoszącą 692 mm. Do słupków 1, w odległości H3 równej 97 mm od ich górnych płaszczyzn, zamocowane są zasadniczo poziome kształtownikowe odbojnice 7.

W tym przykładzie wykonania zastosowano odbojnice, których profil ma dwie części zewnętrzne pomiędzy, którymi znajduje się część wewnętrzna o wypukłości przeciwnej do wypukłości części zewnętrznych. Część wewnętrzna i części zewnętrzne profilu prowadnicy mają tu przy tym kształt trapezów równoramiennych.

Odbojnice 7 wykonane są z gatunkowej stali 8420 „DOMEX. Całkowita wysokość H bariery 6 nad podłożem wynosi 750 mm, a jej całkowita szerokość S1 wynosi 218 mm.

Jak pokazano na rysunku fig. 5 odbojnice 7 przykręcone są do ścianek bocznych 2 słupków 1 za pośrednictwem śrub mocujących 8, pod łbami których umieszczono prostokątne podkładki 9 dla zabezpieczenia otworów montażowych w odbojnicach, których podłużny kształt kompensuje rozszerzalność termiczną odbojnic 7. Rysunek fig. 5 ilustruje również związany z odbojnicą układ współrzę dnych (długość, L, szerokość S i wysokość H).

Jak pokazano na rysunku fig. 4 końcowe odcinki kolejnych odbojnic wsunięte są jeden w drugi i skręcone ze sobą śrubami 10.

Słupki 1 według wynalazku wykonano z ocynkowanej taśmy stalowej o grubości (G) wynoszącej 4 mm (±0.18 mm), a ich przekrój poprzeczny przedstawiono szczegółowo na rysunku fig. 6.

Na profil słupka 1 składają się dwie równoległe względem siebie ścianki boczne 2, dwie współpłaszczyznowe ścianki końcowe 3, dwie współpłaszczyznowe ścianki pośrednie 8, dwie ścianki sk ośne 4 oraz ściankę środkową 5. Jak widać profil ten cechuje się symetrią względem płaszczyzny równoległej do ścianek bocznych 2 i przechodzącej przez środek ścianki środkowej 5.

Ścianki pośrednie 8 przechodzą zasadniczo prostopadle w ścianki boczne 2, przechodzące w ścianki skośne 4 przechodzące z kolei w ściankę środkową 5 prostopadłą do ścianek bocznych 2.

Profil słupka 1 ma długość L wynoszącą 80 mm (±1.5 mm) i szerokość S wynoszącą 140 mm (±1,5 mm). Wymiary pozostałych ścianek słupka 1 wynoszą odpowiednio: szerokość S1 ścianki końcowej 3 wynosi 15 mm (±2 mm), szerokość S3 ścianki środkowej 5 wynosi 47.7 mm (±1 mm), a szerokość S4 ścianki pośredniej 8 wynosi 36.6 mm (±1 mm), ścianki skośne 4 są nachylone względem ścianek bocznych 2 pod kątem ostrym a wynoszącym 24.5°. Odległość L1 pomiędzy płaszczyzną ścianki środkowej 5, a płaszczyzną ścianki pośredniej 8 wynosi 26.5 mm (±2 mm).

Promień krzywizny R dla wszystkich przejść pomiędzy ściankami profilu słupka 1 wynosi 4 mm (±2 mm).

Dla przedstawionej na rysunku bariery według wynalazku przeprowadzono porównawcze testy symulacyjne w oparciu o metodę elementów skończonych (MES) z wykorzystaniem następujących sprzętowych narzędzi numerycznych:

- mobilna stacja robocza Dell Precision M6500 z procesorem Intel i7 CPU;

- stacja robocza HPxw 8400 z dwoma procesorami 2 x 5180 Intel Xeon CPU;

- stacja robocza HPZ800 z dwoma procesorami 2 x W5580 3.2 GHz Intel Xeon CPU; oraz programowych narzędzi numerycznych obejmujących;

- oprogramowanie do przetwarzania wstępnego (preprocessing) obejmujące; Altair HyperMesh Version 11.0; oraz BarrLier Version 2.1 (1101);

- właściwe oprogramowanie rozwiązujące (solver); LS-DYNA_971 ; Revision: 7600.1224; Precision: Single (I4R4); oraz

- oprogramowanie do przetwarzania końcowego (postprocessing): Altair HyperView Version 11.0; oraz BarrLier Version 2.1 (1101).

Testy symulacyjne przeprowadzono dla bariery drogowej „StalPro Rail s Sigma 100” skonstruowanej na bazie słupków „Sigma 100” o profilu zilustrowanym na rysunku pos. 1 oraz bariery „StalPro Rail s Sigma 140” ze słupkami według wynalazku o profilu zilustrowanym na rysunku fig. 6. W obu przypadkach symulację przeprowadzono z wykorzystaniem modelu numerycznego pojazdu badawczego o masie 1483 kg (Metoda Elementów Skończonych, 21731 elementów, 22715 więzów).

PL 222 954 B1

Ponadto w akredytowanym centrum badawczym przeprowadzono także rzeczywisty test zderzeniowy spełniający kryteria badania rodzaju TB32 (według normy PN-EN 1317-2 „Systemy ograniczające drogę Część 2: Klasy działania, kryteria przyjęcia badań zderzeniowych i metody badań barier ochronnych”) na barierze StalPro Rail s Sigma 140 o długości 60 m za słupkami według wynalazku z wykorzystaniem pojazdu badawczego BMW 525I o masie 1468 kg.

We wszystkich testach pojazd uderzał w barierę z prędkością 114.6 km/h pod kątem 20°.

Wyniki wskazanych powyżej testów zestawiono w poniższej Tabeli 1:

Rodzaj testu		Model komputerowy (Metoda Elementów Skończonych)	Test rzeczywisty
Rodzaj bariery		StalPro Rail s
Rodzaj słupka		Sigma 100	Słupek według wynalazku
Masa jednostkowa bariery	[kg/ml]	17.0	19.7	19.7
Warunki testów
Masa pojazdu	[kg]	1483	1483	1468
Prędkość uderzenia	[km/h]	114.8	114.6	114.6
Kąt uderzenia	[°]	20	20	20
Wyniki testów
Maksymalne odkształcenie dynamiczne	[m]	0.8	0.6	0.6
Maksymalne odkształcenie stałe	[m]	0.7	0.6	0.5
Szerokość pracująca	[m]	0.9	0.7	0.7
Poziom szerokości pracującej		W3	W2	W2
Wskaźnik intensywności przyspieszenia ASI	-	-	-	0.7
Teoretyczna prędkość głowy (pasażera) w czasie zderzenia THIV	[km/h]	-	-	21
Opóźnienie głowy po zderzeniu PHD	[g]	-	-	15

Wyniki testów potwierdzają skuteczność badanych barier, przy czym poziom szerokości pracującej bariery „StalPro Rail s Sigma 100” ze słupkiem „Sigma 100” miał klasę W3 (klasa, przy której szerokość pracująca W < 1.0 m według normy PN EN 1317), natomiast zastosowanie słupka według wynalazku (bariera „StalPro Rail s Sigma 140”) pozwoliło na obniżenie klasy poziomu szerokości pracującej do W2 (klasa, przy której szerokość pracująca W < 0.8 m według normy PN EN 1317).

Porównując słupek „Sigma 100 ze słupkiem według wynalazku można zatem, na podstawie powyższych testów, stwierdzić, że słupek według wynalazku poprawia nieoczekiwanie parametr szerokości pracującej W o 28.57%, zwiększając wagę jednostkową bariery (między innymi w wyniku wprowadzenia dwóch ścianek pośrednich i nieznacznego zwiększenia długości ścianek bocznych) jedynie o 15.9%.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Słupek ochronnej bariery drogowej w formie metalowego kształtownika cienkościennego o zasadniczo sigmoidalnym przekroju poprzecznym mający dwie ścianki boczne, dwie ścianki końcowe zasadniczo prostopadłe do ścianek bocznych oraz dwie ścianki skośne nachylone pod kątem

PL 222 954 B1 ostrym do ścianek bocznych i połączone ze ścianką środkową zasadniczo prostopadłą do ścianek bocznych, znamienny tym, że ma dodatkowo dwie ścianki pośrednie (8) zasadniczo prostopadłe do ścianek bocznych (2), z których każda łączy ściankę boczną (2) ze ścianką skośną (4).
2. Słupek według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek szerokości całkowitej (S) słupka (1) do szerokości (S4) jego ścianki pośredniej (8) zawiera się w przedziale od 3.5 do 4.0.
3. Słupek według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosunek szerokości (S) słupka (1) do jego długości całkowitej (L) zawiera się w przedziale od 1.5 do 2.0.
4. Słupek według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że stosunek długości (L) słupka (1) do odległości (L1) pomiędzy płaszczyzną ścianki środkowej (5) a płaszczyzną ścianki pośredniej (8) zawiera się w przedziale od 2.5 do 3.5.
5. Słupek według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienny tym, że kąt (a) pomiędzy ścianką skośną (4) a ścianką boczną (2) zawiera się w przedziale od 20 do 28 stopni.
6. Słupek według dowolnego zastrz. od 1 do 6, znamienny tym, że promień krzywizny (R) przejść pomiędzy ściankami (3, 2, 8, 4, 5) profilu słupka (1) odpowiada zasadniczo grubości (G) słupka (1).
7. Ochronna bariera drogowa zawierająca zamocowane w podłożu zasadniczo pionowe słupki (1) mające formę metalowego kształtownika cienkościennego o zasadniczo sigmoidalnym przekroju poprzecznym mającego dwie ścianki boczne, dwie ścianki końcowe zasadniczo prostopadłe do ścianek bocznych oraz dwie ścianki skośne nachylone pod kątem ostrym do ścianek bocznych i połączone ze ścianką środkową zasadniczo prostopadłą do ścianek bocznych, do których zamocowane są zasadniczo poziome kształtownikowe odbojnice (7), których profit ma dwie części zewnętrzne pomiędzy, którymi znajduje się część wewnętrzna o wypukłości przeciwnej do wypukłości części zewnętrznych, znamienna tym, że rzeczone słupki mają dodatkowo dwie ścianki pośrednie (8) zasadniczo prostopadłe do ścianek bocznych (2), z których każda łączy ściankę boczną (2) ze ścianką skośną (4).
8. Ochronna bariera drogowa według zastrz. 7, znamienna tym, że odbojnica (7) bariery (8) przykręcona jest do ścianki bocznej (2) słupka (1).
9. Ochronna bariera drogowa według zastrz. 7 albo 8, znamienna tym, że stosunek szerokości całkowitej (S) słupka (1) do szerokości (S4) jego ścianki pośredniej (8) zawiera się w przedziale od 3.5 do 4,0.
10. Ochronna bariera drogowa według zastrz. 7 albo 8, albo 9, znamienna tym, że stosunek szerokości (S) słupka (1) do jego długości całkowitej (L) zawiera się w przedziale od 1.5 do 2.0.
11. Ochronna bariera drogowa według zastrz, 7 albo 8, albo 9, albo 10, znamienna tym, że stosunek długości (L) słupka (1) do odległości (L1) pomiędzy płaszczyzną ścianki środkowej (5) a płaszczyzną ścianki pośredniej (8) zawiera się w przedziale od 2.5 do 3.5.
12. Ochronna bariera drogowa według zastrz. 7 albo 8, albo 9, albo 10, albo 11, znamienna tym, że kąt (a) pomiędzy ścianką skośną (4) a ścianką boczną (2) zawiera się w przedziale od 20 do 28 stopni.
13. Ochronna bariera drogowa według zastrz. 7 albo 8, albo 9, albo 10, albo 11, albo 12, znamienna tym, że promień krzywizny (R) przejść pomiędzy ściankami (3, 2, 8, 4, 5) profilu słupka (1) odpowiada zasadniczo grubości (G) słupka (1).