ОГРАЖДЕНИЕ АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ
ROAD GUARD

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 таких 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 полному разрушению при перемещении вдоль ограждения за счет значительных сил трения. Увеличение же жесткости ограждения приводит к тому, что может произойти послеударное отбрасывание 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 №1011770, 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 эффекта 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, 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 автомобильной дороги, содержащее заглубленные в грунт дорожного полотна вертикальные 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.
Недостатками устройства-прототипа являются низкая эффективность гашения силы удара автомобиля при его наезде на ограждение вследствие как малого поглощения и рассеяния последним кинетической 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 ударов 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.
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 автомобильной дороги, содержащем заглубленные в грунт дорожного полотна вертикальные стойки, соединенные смонтированными на них подвижными заградительными элементами, особенность заключается в том, что подвижные заградительные элементы выполнены в виде системы установленных горизонтально гибких стальных прямолинейных стержней, каждый из которых исходно изогнут до принятия им криволинейной формы устойчивого равновесия с обращением своей выпуклой стороной в направлении к дорожному полотну приложением к стержню одновременно поперечной нагрузки в вышеуказанном направлении и продольной сжимающей силы, превышающей свое критическое для данного стержня значение, с помощью силового элемента, выполненного в виде глухого отверстия в стойке для свободного замещения одного конца стержня и резьбовой втулки, навернутой на резьбовые участки с разным направлением резьбы, выполненные, соответственно, на другом конце стержня и шпильке, жестко закрепленной соосно стержню на соседней с ним стойке, при этом стержни могут быть установлены друг над другом в одной вертикальной плоскости, а также в нескольких параллельных вертикальных плоскостях.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично на общем виде изображено предлагаемое устройство.
Ограждение автомобильной дороги содержит заглубленные в грунт 1 дорожного полотна 2 вертикальные стойки 3, 4, соединенные смонтированными на них подвижными заградительными элементами 5. При этом последние выполнены в виде системы установленных горизонтально гибких стальных прямолинейных стержней, каждый из которых исходно изогнут до принятия им криволинейной формы устойчивого равновесия с обращением своей выпуклой стороной в направлении к дорожному полотну 2 /на чертеже приведена одна секция ограждения, состоящая из двух стоек 3, 4, соединенных прямолинейными стержнями 5/ приложением к стержню 5 одновременно поперечной нагрузки в вышеуказанном направлении и продольной сжимающей силы, превышающей свое критическое для данного стержня 5 значение, с помощью силового элемента, выполненного в виде глухого отверстия 6 в стойке 3 для свободного размещения одного конца стержня 5 /левого на чертеже/, и резьбовой втулки 7, навернутой на резьбовые участки 8, 9 с разным направлением резьбы /левая и правая/, выполненные, соответственно, на другом конце стержня 5 /правого на чертеже/ и шпильке 10, жестко закрепленной соосно стержню 5 на соседней с ним стойке 4. Для удобства поворота резьбовые втулки 7 выполнены с накаткой 11 на внешней цилиндрической поверхности /см. чертеж/, либо с некруглым поперечным сечением под ключ. В общем случае стержни 5 могут быть выполнены и с некруглым поперечным сечением /прямоугольным, ромбическим и т.п./. Тогда для выполнения резьбовых участков 8 на их концах предварительно выполняют цилиндрические затолки. При этом стержни 5 могут быть установлены друг над другом либо в одной вертикальной плоскости /именно этот наиболее простой вариант конструкции проиллюстрирован чертежом/, либо в нескольких параллельных вертикальных плоскостях. В последнем случае стойки 3, 4 выполнены в форме пластин, имеющих достаточную ширину в поперечном к дорожному полотну направлении, а вертикальные плоскости расположения стержней 5 удалены друг от друга на расстояния, позволяющие беспрепятственно осуществляться переходу стержней 5 из исходного состояния в форму устойчивого равновесия с обращением выпуклой стороной в направлении от дорожного полотна 2 /см. положение пунктиром на чертеже/. Следует подчеркнуть, что исходный изгиб стержней 5 осуществлен не в параллельных друг другу горизонтальных плоскостях, а с обращением их выпуклых сторон в направлении к дорожному полотну 2. То есть каждый стержень 5 исходно изогнут с принятием им криволинейной формы равновесия в плоскости, условно проходящей через ось соответствующего прямолинейного стержня 5, и продольную линию, проходящую посередине дорожного полотна 2. Это приводит к тому, что при наезде автомобиля на ограждение приложение ударных сил к каждому изогнутому стержню 5 происходит в направлении, противоположном выпуклости именно в плоскости изгиба в поперечном направлении, а не под углом к данной плоскости. Именно такое приложение ударных сил обеспечивает эффективный перескок стержней 5 в другое устойчивое состояние с противоположным направлением выпуклости. При наезде под углом к вышеуказанной плоскости силы ударного взаимодействия будут частично расходоваться на закручивание изогнутых стержней 5 вокруг их исходной прямолинейной оси, что резко снижает эффект устройства.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
Задача об устойчивости прямолинейной формы стержня, а также о нахождении критической сжимающей нагрузки Fкр, при которой степень теряет прямолинейную форму устойчивого равновесия и занимает новую криволинейную форму равновесия, была решена Л. Эйлером в 1944 г. /см., например, А.И. Аркуша. ″Техническая механика″. Изд. 3-е, М., ″Высшая школа″, 2000 г., стр. 338-340 [8]/. При приложении к стержню осевой силы F>Fкр происходят потеря его устойчивости и изгиб с выпуклостью в случайную сторону, то есть стержень занимает под осевой нагрузкой новую криволинейную форму устойчивого равновесия. При действии на такой изогнутый стержень поперечной силы достаточной величины в сторону, противоположную его выпуклости /максимальный эффект, см. выше, обеспечивается при действии этой поперечной силы в плоскости изгиба стержня/, происходит релейное срабатывание стержня 5 в новое положение устойчивого равновесия с противоположным /обратным/ направлением выпуклости, причем в той же плоскости /положение всех стержней 5 после такого срабатывания показаны на чертеже пунктиром/. Именно данный эффект и использован в качестве принципа действия предлагаемого устройства. В процессе предварительной регулировки поворотом всех втулок 7 к стержням 5 прикладывают продольные сжимающие силы, превышающие их критическое для данного стержня 5 значение. При этом одновременно с поворотом втулок 7 к стержню 5 прикладывают поперечную нагрузку в заданном направлении, а именно в направлении к дорожному полотну 2 /см. выше/. Это необходимо для того, чтобы все стержни 5 при потере устойчивости своей прямолинейной формы изогнулись не в случайной плоскости, а в заданной с обращением своей выпуклой стороной именно к дорожному полотну 2 /см. там же выше/. После такой регулировки ограждение готово к работе. Далее, при наезде автомобиля на ограждение в результате ударного силового взаимодействия в плоскостях изгиба всех стержней 5 /в общем случае в направлениях, близких к этим плоскостям/ происходят релейные срабатывания всех стержней 5 в новые устойчивые положения, показанные на чертеже пунктиром. Такие срабатывания подобны мини-взрывам и сопровождаются мощным рассеянием и поглощением кинетической энергии удара. В результате мгновенного изгиба стержней 5 при ударе даже прямой поперечный удар в наихудшем варианте автоматически трансформируется в косой скользящий удар, что резко уменьшает опасность отбрасывания автомобиля на дорожное полотно 2. В динамике удара автомобиля, например, в секцию ограждения, показанную на чертеже, происходит фаза его движения, вместе со стержнями 5 при их срабатывании выпуклостями наружу от дорожного полотна 2, то есть в вогнутое состояние, далее фаза отскока автомобиля от вогнутых стержней 5 и его проскальзывание вдоль ограждения к следующей его секции, сопровождающаяся повторным соударением с опять выпуклым внутрь в направлении к дорожному полотну 2 стержнями 5, и теперь уже их срабатыванием и т.п. В результате при таком взаимодействии происходят релейная перестройка формы ограждения и кардинальное изменение угла силового взаимодействия автомобиля с ограждением. В идеальном варианте автомобиль при наезде на ограждение практически не отрывается от него и не разрушается до полного и предельно эффективного гашения кинетической энергии удара. После наезда поврежденные стержни 5 естественно заменяются, а неповрежденные, но сработавшие, приводятся в исходное рабочее состояние выпуклостью в направлении к дорожному полотну 2 путем внешнего силового воздействия на них с противоположный от дорожного полотна 2 стороны с помощью силовых механизмов.
По мнению заявителя, предлагаемое устройство сравнительно просто по конструкции, технологично, не требует сложной регулировки. При слабых по интенсивности и скользящих ударах стержни 5 ограждения не будут релейно срабатывать, и будут выполнять функцию эффективного барьера безопасности. При сильных по интенсивности ударах и близких к прямым в результате срабатывания стержней 5 при наездах будет происходить предельно эффективное гашение кинетической энергии ударов с максимальной вероятностью предотвращения послеударного отбрасывания автомобиля обратно на дорожное полотно.