ОГРАЖДЕНИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
MOTOR ROAD BARRIER

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и предназначено для повышения безопасности движения.
Известны ограждения автомобильных дорог, содержащие заглубленные в грунт вертикальные стойки со смонтированными на них горизонтальными упругими амортизирующими либо пластически деформируемыми элементами для гашения удара /см., например, заявку Франции №2244875, кл. E01F 15/00, 1975 [1]; патент США №3540699, кл. 256 - 13.1, 1971 [2]/.
Недостатками известных ограждений являются низкая эффективность гашения удара и повышенная опасность из-за непрогнозируемого поведения автомобиля на дороге после удара. Это объясняется тем, что уменьшение жесткости и повышение вязкости элементов ограждения делает их работу неэффективной и может привести в случае значительной скорости автомобиля к его полиному разрушению при перемещении вдоль ограждения за счет значительных сил трения. Увеличение же жесткости ограждения приводит к послеударному отбрасыванию автомобиля на дорогу со значительной вероятностью повторных столкновений.
Известен также ряд конструкций ограждений автомобильных дорог, содержащих смонтированные на вертикальных стойках механические, магнитные и т.п. упругие элементы, имеющие возможность линейных и угловых смещений относительно стоек /см. например, патент США №3292909, кл. 256 - 13.1, 1966 [3]; а.с. СССР №1178828, кл. E01F 15/00, 1982 [4]; а.с. СССР №1178828, кл. E01F 15/00, 1984 [5]; патент РФ на изобретение №2393288, кл. E01F 15/04, 2009 [6]/.
Данные устройства позволяют несколько растянуть время удара за счет создания эффектов качения автомобиля вдоль ограждения и смены направлений соударений с его элементами. Однако кардинально повысить эффективность гашения удара они не позволяют, а главное - характеризуются значительной сложностью конструкции, низкой надежностью подвижных элементов и высокой стоимостью, что практически исключает возможность их широкого использования на продолжительных участках дороги.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является ограждение автомобильных дорог, содержащее заглубленные в грунт дорожного полотна стойки и ролики, каждая пара которых, смонтированная на смежных стойках, охвачена эластичной подвижной лентой /см. а.с. СССР №962415, кл. E01F 15/00, 1981 [7]/, и принятое за прототип.
Недостатком устройства-прототипа является низкая эффективность гашения силы удара автомобиля при его наезде на ограждение вследствие как малого поглощения и рассеяния последним энергии удара, так и незначительного изменения ограждением направлений каждого из последовательности соударений по отношению к предыдущему.
Сущность изобретения заключается в создании сравнительно, простой, надежной и технологичной конструкции ограждения автомобильной дороги, обеспечивающей эффективное гашение энергии соударений как за счет релейной перестройки ограждением своей формы при каждом соударении, сопровождающейся мощным рассеянием кинетической энергии удара, так и за счет кардинального изменения угла силового взаимодействия автомобиля с ограждением при каждом из последовательности их соударений после наезда автомобиля на ограждение.
Технический результат - повышение эффективности гашения силы удара автомобиля при его наезде на ограждение.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном ограждении для автомобильных дорог, содержащем заглубленные в грунт дорожного полотна стойки, попарно соединенные смонтированными на них подвижными заградительными элементами, особенность заключается в том, что подвижные заградительные элементы выполнены в виде горизонтально установленных полос из упругой стали, изогнутых по многоволновым синусоидальным кривым с помощью узлов создания продольного сжатия критическими силами высшего порядка, соответствующими одной из высших форм релейной потери устойчивости данной полосы со сменой направлений выпуклости и вогнутости всех ее полуволн в момент воздействия на одну из полуволн ударной силы при наезде автомобиля на ограждение, при этом узел создания продольного сжатия каждой из полос представляет собой закрепленные на одной из ее боковых сторон и соседней стойке шпильки с разным направлением резьбы, соединенные свободными концами с помощью навернутой на них резьбовой втулки.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично на общем виде изображено предлагаемое устройство.
Ограждение автомобильных дорог содержит заглубленные в грунт 1 дорожного полотна 2 стойки 3, попарно соединенные смонтированными на них подвижными заградительными элементами 4. Последние выполнены в виде горизонтально установленных полос из упругой стали, изогнутых по многоволновым синусоидальным кривым с помощью узлов создания продольного сжатия критическими силами высшего порядка, соответствующими одной из высших форм релейной потери устойчивости данной полосы 4 со сменой направлений выпуклости и вогнутости всех ее полуволн в момент воздействия на одну из полуволн ударной силы при наезде автомобиля на ограждение 4. При этом узел создания продольного сжатия каждой из полос 4 представляет собой закрепленные /приваренные/ на одной из боковых вертикальных сторон полосы 4 и соседней стойке 3 резьбовые шпильки 5, 6 с разным направлением резьбы /например, на одной шпильке 5 - правая резьба, на другой 6 - левая/, соединенные свободными концами с помощью навернутой на них втулки 7 с осевым резьбовым отверстием, /на рисунке для изображения шпилек 5, 6 втулка 7 показана продольно разрезанной/. Для удобства вращения при цилиндрической втулке 7 на ее поверхности выполнена накатка /на рисунке не показана/, либо втулка 7 выполнена с некруглым, например, с шестиугольным поперечным сечением. Другая боковая сторона каждой из полос 4 просто жестко соединена с другой соседней стойкой 3 с помощью приваренной к ним оси 8.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
Предварительно кратко остановимся на принципе работы устройства. Впервые вопрос продольной устойчивости упругих стержней и протяженных пластин /полос/ рассмотрел и математически обосновал в 1744 году Л. Эйлер. Он дал общую формулу критической силы, при сжатии которой стержень и полоса релейно /скачком/ теряют свою продольную устойчивость. Эйлер показал, что бывает низшая форма потери устойчивости, когда стержень /полоса/ при сжатии критической силой низшего порядка релейно выпучиваются в одну из сторон, и высшие формы потери устойчивости. При таких формах потери устойчивости стержень /полоса/ при сжатии критической силой высшего порядка принимает форму синусоиды с двумя, тремя и более полуволнами. В случае приложения к одной из полуволн изогнутого таким образом стержня /полосы/ достаточной по величине поперечной силы полоса релейно /скачком/ перескакивает из одной формы синусоиды в другую, то есть в новое устойчивое состояние, при этом она изменяет направления выпуклости и вогнутости всех своих полуволн на противоположные. Вышеописанный эффект легко проверить на практике, нажав, например, сверху на выпуклую полуволну лежащей на земле и предварительно изогнутой по синусоиде упругой стальной полосы действующей на нее продольной сжимающей силой. При этом полоса "щелчком" перескакивает в новое устойчивое положение, при котором ее выпуклости и впадины меняются местами. Согласно данному принципу в процессе регулировки предлагаемого устройства поворотом всех втулок 7 обеспечивают сжатие всех полос 4 критическими продольными сжимающими силами, обеспечивающими искривление всех полос 4 по синусоидам с порядка пяти-восьми полуволнами. Выполнение полос 4 изогнутыми с таким значительным количеством полуволн приводит к тому, что при наезде автомобиля на ограждение под любым углом он хотя бы частично захватывает площадь выпуклой наружу полуволны одной из полос 4. Естественно, это приводит к релейному срабатыванию данной полосы 4 и ее перескоку в положение с противоположным направлением выпуклостей и вогнутостей. Такой перескок подобно взрыву сопровождается мощным рассеянием и поглощением кинетической энергии удара. Более того, любой, даже прямой поперечный удар автомобиля в полосу 4 в результате мгновенной смены в данном месте выпуклости на вогнутость полосы 4 трансформируется в косой скользящий удар, что резко уменьшает опасность отбрасывания автомобиля обратно на дорожное полотно 2. После первого удара автомобиля в ограждение при каждом из серий последующих ударов в данной конструкции будет кардинально изменяться угол силового взаимодействия автомобиля с ограждением, в результате чего автомобиль практически не отрывается от ограждения и не разрушается, двигаясь вдоль ограждения, до полного гашения кинетической энергии удара, а также происходит резкое увеличения эффективности гашения данного удара. Например, автомобиль при наезде на ограждение под углом к нему задевает выпуклую полуволну полосы 4, данная волна "щелчком" преобразуется в вогнутую, перемещаясь от дорожного полотна 2 вместе с "прилипшим" к полосе 4 автомобилем и гася его скорость, но не вызывая его разрушение. Автомобиль далее продолжает движение вдоль полосы 4, но при этом после скачка полосы 4 соседняя по ходу автомобиля вогнутая волна полосы 4 становится выпуклой, автомобиль опять взаимодействует с ней, следует новый, обратный "щелчок" и т.д. Очевидно, что такой лавинообразный процесс обеспечивает максимально возможную эффективность гашения энергии удара и резко повышает безопасность движения.
По мнению заявителя, предложенная конструкция ограждения, характеризуясь сравнительной простотой, технологичностью, невысокой стоимостью изготовления, позволяет резко повысить эффективность гашения ударов при наезде автомобилей на боковое ограждение дорожного полотна. При этом она позволяет предотвратить значительные разрушения автомобиля при наездах, а также резко уменьшает опасность отбрасывания автомобиля на дорожное полотно после удара.