автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Обоснование параметров конструкций ограждений барьерного типа

г^сщрсгжра дорошнй шта^ссйЕДОвшзьашй инсветт

(ооездоркж)

. На правах рукописи Малинин Павеч Квинтельяноыч

ОЕОСпОаШЕ ПАРАМЕТРОВ КОНСГРЗЕЩШ ОЕРЩЕЖЙ БАРЬЕРНОГО ЗИЛА

Специальность CS.23.11 . Строительство автомобильных дорог и язрсдрсзгов

щучшйдашд ■ —

на соискание ученой степени кашшдата технических наук

Москва, 1993

ч

ч

Работа шполкена в Казахском дорагксм научно-иссяедопательскоа институте ( КаздорШШ)

Официальные оппоненты - доктор технических наук, . профессор А.И. Рябчински;:

. - кандидат технических наук

Н.ПГЛиши

' л

Ведущая организация - Главное проиэводственно-тгхкичесхсое

управление Ииятрансстроя Казахстана

Защита состоится "/3» _/ О_1923 года

на заседании специализированного совета К 133.02.01 при Государственном дорожном научно-исследовательском ккстктуте . (Сооздорнки) по адресу: Московская обл., г. Балашиха-6, Союздоряки, актовый зал.

С научным докладов чознэ ознакомиться в библиотеке института Союздоршш.

Научный доклад разослан " С?" С?^?_ 1593г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

Б.С. Марышез

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Представленный ааучный доклад .является обоб;цагщим результатом исследований по основному направлению научной деятельности автора - разработке и обоснованно параметров конструкций ограждений барьерного типа.

На защиту выкосится научный доклад по совокупности опубликованных работ автора, отражающих результате проведенных и внедренных исследований и зшшчащий разработку основных принципов расчета и конструирования безопасг-зи ограждений барьерного стпа.

Актуальность исследовании

Пассивная безопасность автомобильннх дорог обеспечивается комплексом технических решений по применении элементов дорожной обстановки, одним из основных в кстороы являптся ограждения автомобильных дорог.

Значительная часть всех дррожно-транспорткнх происшествий связана с выездом автомобилей за пределы земляного полотна, опрокидыванием ели столкновением с массивными препятствиями, расположенным! в зоне возможного взаимодействия с автомобилем. Причиной этих ДТП является несовершенство конструкций ограждений, :их неспособность выполнять свои функции. В соответствии с современными требованиям* обеспечения безопасности дорожного движения ограждение" должно удерживать автомобиль и осуществлять коррекцию траектории его движения при условии непревышения уровня инерционных перегрузок для лидей, находящихся в автомобиле. .

Ранее считалось, что надежность ограждения определяется главным образом прочностью его стоек, однако -опит применения таких ограждений и специальные полномаспггабгме натурные испытания, проведенные в 70-х годах за рубежом и 80-х годах в стране показали, что такой подход к проектировали) привел к созданию конструкций не отвечающих требованиям безопасности движения, в связи с чем.с неудовлетворительной работой ограждений связано 20-25* всех ДШ, причем каждое пятое ДЕЛ со смертельном исходом. Лоэтоцу новый подход к конструировании

ч

' Ч

боковых ограждений барьерного типа долаен быть основан на их рассмотрении в качестве элемента система обеспечения безопасно ти, в которой свойства автомобиля и условия обеспечения безопа иости находящихся в нем лвдей имгют доминирующее значение. *

Цаль и задачи исследования ч\ ' N

На оснсве анализа методов расчета, проектирования и.полно

масштабных натурных ис'штений обосновать параметра безопасных :сонструкцгй огракденкй барьерного кша.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- обоснованы меи-одом баланса энергии параметры взаиыодейс вия автомобиля и ограждения;

- проведены экспериментальные исследования шслггабных моделей огразденкй; ' ;

- определены деформативпые характеристики ограждений;

- проаедены полнсизасштабные натурные испытания разработанных конструкций;

- разработана конструктивные ршения безопасных огракденй барьерного ища;

- разработан ГОСТ на металлические ограждения.

Методика исследований

Обоснование параметров взаимодействия автоксбиля и ограс-деаия основано на принципе дефорштивности ограждения и работы его конструкции в реаяие упруго-пластической деформации с поглощенней основной части энергии бокового сближения автомобиля с ограждением.

Исходной базой для обоснования шраметров является механика взаимодействия автомобиля с ограждением в виде бокового скользящего удара с удержанием и одновременной коррекцией трае: тории двиежяя апто1йбгля. Осяоеныз параметра процесса взаимодействия - импульс силы соударения и путь коррекции определяют« временем коррекции.

Параметра взаимодействия автомобиля с ограждением получен: с учетом принципа соразмерности несущей способности балки ограждения и реакций стоек на основе метода баланса энергий. Энергия богового сближения, подводимая к ограждении, долнна быть соразнзрной энергоемкости ограждения. Опоеделение папамет-

роэ конструкции, удовлетворяюярпс в целом требуемой энергоемкости ограждения составляет основу методики.

Научная новизна исследования

Разработана модель механизма взаимодействия автомобиля с ограждением барьерного типа и методом баланса' энеогий обоснованы паоаметры кбнструвций ограждений, отвечающие требованиям безопасности шипения.

В результате проведенных: экспериментальных исследований масштабных моделей, фрагментов ограждений и подношсштабных "натурных испытаний отработано конструктивно-техническое решение и подтвержден кетод расчета барьерных ограждений.

Подтверждены тероетические обоснования параметров Езавдо-дейстгая автомобили V ограждения, в тон стеле надежности удержания «.коррекции, безопасности конструкции от вреизни коррекции и инерционных перегрузок, действующих на ладей, находящихся в автомобиле.

¡¡тактическая ценность

Использование результатов исследования позволило разработать ч внедрить ноше безопасные конструкции ограждений барьерного типа, повысить пассивную безопасность дзикения, снизить количество ДТП по птегеино несоответствия указанных элементов нкаенериых обустройств требованиям безопасности движения.

В то жз время разработанный метод ьожет, как основа, ис-лользозаться при разработке нового поколения ограждений для изменившегося качественно транспортного потока.

Связь выполненных исследований с програюшш

и шишака научно-исследовательских работ

Исследования по данной работе являются составной частью Общесоюзной програшы 0.55.П.Е "Разработать, усовершенствовать п внедрить прогрессивные технические решения и технологии ремонта и содержания автомобильных дорог и искусственных сооружений".

В рамках данной программы КаздорНИИ (автором) выполнево более 16 научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ с проведением полномасштабных натурных испытаний конструкций ограждений.ч

Реализация работы

Конструктивные решения ограждений, баоьерного типа, разработанные с использованием настоящих исследования,' включены в ГОСТ 26804-86. Ограждения дорожные металлические барьерного^ типа. Технические условия.

В Республике Казахстан осуществляется строительство этих ограждений в среднем по 8-ГО вы ежегодно. 4

Публикация -

По результатам выполненных исследований и разработок, составивших основное содержание научного доклада, опубликовано в различных изданиях 16 работ, получено 9 авторских свидетельств на новые конструктивные решения.

2. ССЮБНЫЕ ШЮЗЕЕИЯ НАУЧНОГО ДОКДАДЙ.

2.1. Современное состояние метода проектирования ограждений барьерного типа

В практике строительства и эксплуатации автошбильных дорог с развитием систеш элементов пассивной безопасности дорожного движения калии применение два типа ограждений - барьерные и парапетные. Ограждения барьерного типа наиболее энергоемки. Энергоемкость этих ограждений определяется величиной деформации элементов конструкции.

Первые работы, посвященные проблеме проектирования дородных ограждений, относятся к концу 50-х и началу 60-х годов. В этот период были разработаны огракденяя барьерного типа первого поколения, характерным признаком которых было бесконсольное закрепление направляющей балки кз железобетона к жестким стойкам.

Главной задачей проектирования в этот период было обеспечение прочности ограждения и первой работой в области расчета • был метод проектирования, предложенный паофессором Е.Е.Гибпьв-ком. Б соответствии с этим методой автсьабкль, наехавший на ограждение, должен скользить вдоль него с поворотом вояруг точки контакта до тек пор, пока не расположится вплотную к ограждении Аналогичный кет од использовал В.Гью.

• где

6> £

В соответствии с этан иетодоы сига соударения с кеде-форзшруешн ограет.аккзк определяется нз уравнения нЕяетячес-кой энергии автомобиля , .

Ж— - IC-'S^-Q

xs - хе

- скорость бокового с.блкаетш;

- угол наезда;

- paccrosiisô . бакового сблггаения центра к?со с ограждением.

При нг.езде ка дефогашруетае ограждение расстояние бокового перенесения центра iacc угсмютиваегся на величину поперечной деформации ограждения, в зтом случае

У-

ïaмог образом сила соударений автомобиля с кедефордаруе-

иш ограждением имеет ¿арагекие

- (2Л)

Для определения необходимой внсоги ограждения предложен гритерхй устойчивости

Я?*

где

(2.2)

расстояние от центра касс до точки приложения сила ftrg- .

щ

х

Р

¿га.

(цм

писанный метод распета привел к распространению конструктивных решений ограждений с бесконсолькии креплением кесткой железобетонной балки к жесякии стойкам, при этом в связи с незначительной величиной упругой г.ефоршциз, ограк-декие не обеспечивало снижения силы удара. Практика применения этих ограждений (по Ш Соиздорпроекта 503-0-17) показала, что они не соответствует; требованиям безопасности движешя -при взаимодействии с автомобилями происходит разрушение как ^автомобилей, так и ограждения.

ш

/7777777-

Долномаштабные натурные испытания эгого типа ограждения с шагом стоек 2,5 м наездом автомобиля массой 8 т под углом 16 град, и скоростью 40 кч/ч$ проведенные Гинродорнии выявили недостаточную его прочность, вслерегвие чего сдглан вывод, что увеличение прочности может быть достигнуто увеличением

сечений балки и стоек с дополнительным армированием, а также при условии установки балки через консоли. При таком усилении удельная металлоемкость становится соизмеримой с металлическим ограждением. В этой связи этот тш ограждений лальнейлего распространения не получил и в ряде стран начались поиски новых конструктивных решений. Так,- в середине 60-х годов в (Ж были проведены ряд натурных испытаний металлических ограждзний и на их основе выполнено ряд работ по расчету и проектирование в которых откечается, что люди, находящееся в автомобиле наехавшем на ограждение, не должны подвергаться спаснш кнерциошжы перзгрузкам. Снижение перегрузок реког'зндовано ббсспезЕзаеь посредством поперечной дефорьппки сгранденнл'*

Танин образом был сфор'сглнрован основной принцип проектирования ограждений барьерного типа второго поколения -принцип деформативкости. В'соответствии с этим принципом были разработаны ограждения, обладакцме способность!) к упруго-пластической дефор^цкк. В качестве балок использованы профили из стали или стальнае тросы. В то же вреах применение стальных балок, пргкреияяежх непосредственно к Еесгким стойкам показало, что ври значительном поперечном прогибе 'балки Езшпгодействие автомобиле с ограгдеккен происходит в виде косого фронтального удара. В этом случае снергия фронтального соударения превышает энергии бокового соударения печгггв 10 раз, что пркэощт к разрушении стойки, разрыву балки, серьезнБ".; повреждениям автомобиля и траз11ам лэдей, находящихся в ноч. Поэвоцу с целью предотвращения удара автомобиля о массиву аесгяуи стойку, закрепление балки было выполнено через "консоли. Это решение капшо свое отражение в "Альбоме типовых конструкций ограждений (ТП 503-0-17 Союздорпро-ект). . "

Практика пргагененкя к полномасштабные ватурше испытания ограждений второго поколения выявили их основной недостаток -образование короткого пс длине, но значительного поперечного прогиба балки в пролете между двукя смежными недефорыируеипи стойкаш. Стало очевидно, что для осзпцествленют взаимодействия автомобиля с4 ограждением в виде бокового скользящего удара необходима плавная, пологая волна поперечной деформации

ограждения и предотвращение непосредственного взаимодействия автомобиля с массивными н ^деформируемыми стойками или применение дефориируеасс ударобезопасных стоек. Этот подход к проектированию барьерных ограждений был положен в основу исследований В.Дккавотто и К.Капрвле, которые выполнили ряд работ по исследованив работы упругой балки на упругом, упруго-хрупком и ущуго-пластичном основании и показана связь , между дефорштивностью и энергоемкостью ограждения. В результате этого исследования был с-делан важный вывод о необходимости работы балки и стоек ограждения в упруго-пластической деформации и сформулированы два главных принципа проектирования - соответствия реакций, стоек и несущей способности балки и принципа соответствия величины кинетической энергии бохового сближения автомобиля с ограждением с энергоемкость» ограждения.

Предложена двухступенчатая схема работы ограждения. Первая ступень предназначается для работы при взаимодействии с легковым автомобилем, вторая - дня работы при взаимодействии . с тяжелыми автомобилями. Необходимая энергоемкость первой ступени опредеаена как разность кинетической энергии бокового сближения я энергией, затрачиваемой на деформацию автомобиля, т.е.

6у - 6.&/П*. • 7/7. - Оо- , (2.3)

следовательно энергоемкость второй ступени Екрааается

ои = 0.5ГЛа. • 1Га- &Л.-0 ) (Р..4)

В качестве гнергопоглещающих элементов первой ступени используются деформируете консоли, располагаемые между ли-

1 - лицевая направляющая б?лка

2 - консоль-амортизатор

3 - силовая балка

4 - гацная упруго-пластическая стойка"

5 - фундаментный блок

В разработанной конструкции обращает на себя вникание . силовая часть балки, выполненная из .двух профилей двутаврового сечения. Выбор решения объясняется стремлением обеспечить плавную, пологуп,волну поперечной дефоршцш; ограждения, необходимой для осуществления взаимодействия автомобиля с ограяде-

нием в виде бокового скользящего удара, а также получения необходимой энергоемкости при малом поперечном прогибе ограждения. Следует отметить, что удельная металлоемкость этого ограждения составляет 95-100 кгЛтог.л., что гораздо больие наиболее онергоеишх конструкций этого типа.

Тажш об саз см, получение необходимей--.енсргогмхсстн ограждения прд иалоы поперечном прогибе сопряжено со значительным увеличением металлоемкости конструкции. Разработанные кокеарукцш: чрезмерно жестки, б связи с чем не е полней мере отвечают требованиям по величинам поперечных замедлений. Конструкции могут быть применимы только в специальных условиях, где требуется налай прогиб, вследствие чего неталлсем-кость ограадешш могет быть оправдана.

3 80-х годах усилия разработчиков направлены на создание ограждений со значительными полерэткыии прогибами' балки и стоек при одновременном обеспечении плавкой, пологой волны деформации. В этот период разработаны тзхпзтческие решения ограждений третьего поколения. Характерной их особенностью следует считать наличке легких ударобгзопасных стоек и жестких консолей, обеспечивающих сохранение начальной высоты балки ограждения при его поперечном прогибе до 0,5 м. за счет последующего отделения консолей совместно с балкой от час им- ' но деформированных стоек. Следует отлетать, чтЬ достигнутые успехи в сознании ограждений третьего поколения были получены , путем последовательной доводки конструкций з процессе полномасштабных натурных испытаний наездами автомобилей.

Исследования по созданию дорожных ограждений в стране ■ . начаты в 80-х годах лабораторией безопасности движения Союз-дорНИИ и Казахского филиала СоюздорНИИ. Б.М.Елисеевым в развитие исследований Грайма и Дяонса выполнены работы по решении задачи взаимодействия автомобиля с деформируемым ограждением и разработана методика расчета деформативно-силовой характеристики сокового ограждения по предельно-допустимой величине поперечной инерционной перегрузки в центре масс автомобиля, а с учетом импульсного воздействия выполнена оценка устойчивости автомобиля против опрокидывания. В это? же период автором научного доклада были проведены исследования по разработке, ыетопики расчета деформативно-силовой характерно-

тики ограждения методом масштабного моделирования на механической модели с использованием теории подобия. Эти работы вплотную приблизили резение задачи по определенно тоебуеной энепгоемкости ограждения методом баланса энеогки.

Работами В.ИЛИестерикова при создании боковых огсакде-нт идя мостов ссуцестЕлен принцип соразмерности реакций стсек и несущей способности балкя. Схема работы мостового ограгдек:ы зшухступзнчнтая. Первая ступень предусматривает у ггруго -ллас тич зскул деформапкз консолей с балкой, зторая -деформация балки и стоек. Предложен способ нахождения числа одновременно работающих консолей с использованием понятия о коэффициенте относетепьнсй песткостк. Физический сшсл козф-¡£ицишта состоит е «(Ы, что при увеличении Еепткости балки и уссньшвши шага стояк з ограждении уменьшается разница кгсткоста балки ч стоек,. в результате чего увеличивается количеств:? опор; воспгежкиавщих нагрузи и обеспечивается плавность волны деформации. Сопоставляя данные о ессткости балки и стоек в известных осрубсзььс: конструкциях ограждений второго поколения с результата:« их полномасштабных испытаний, поедло-ено обеспечивать величину относительной жесткости одновременным включением в работу до 10 консолей, а шкси-шльную реакцко, эозн^кеящую в результате отоэоек&той работы этих коясояей, ограничивать величиной допустимой инерционной перегрузки а ценгре касс легкового автомобиля. Таким образом, расчетная реакция одной консоли находилась как частное ог деления гакежальг.ой реакции ка число одновременно работавших консолей. При определении сила реакции стойки поинято, что инерционная перегрузка в центре ua.cc езтомзбкля не долина превышать 1,5д к количество стоек с полностыз деформированная:' консолями равно 5. Таким образом расчетная величина реакции .стойки составляет

о

(2.5)

Момент сопротивления сечения определяется га

(2.6)

где = 35 гЛ

^ - высота приложения силы;

(3~ - напряжение пластической дефор-»ации;

^ - коэффициент'изменения момента сопротивления.

' Таким образом, главный научный результат работы состоит из

- утверждения принципа сорагыерностннесущей способности балки и реакций ее одор; X

- принцица соответствия энергоемкости ограждения энергии бокового сбгякения автомобиля с ограждением. •

Анализ методов расчета и проекиаровання конструкций ограждений барьерного -типа псзвслил сделагь следующие выводы:

1. Современные представления о згетсде расчета и проектирования ограждений барьерного типа осковывазотся на принципах дефордагивности огракдгкия и работы элементов конструкции в реаимз упруго-пластической реформации с поглоиегшем основной части энергии бокового сближения автомобиля.

2. Основой разработки является механика взаимодействия авто!®биля с ограждением в виде бокового скользящего удара с одновременной коррекцией траектории движения автомобиля.

3. Основные параметры процесса взаимодействия - шпульс силы соударения, путь и время коррекции, а также принцип соразмерности несущей способности балки и реакций стоек.

2.2. Процесс взаимодействия автомобиля с ограждением барьерного типа

В соответствии с еевреиенкьак требованиями обеспечения безопасности дородного движения боковое ограждение долзно удергшвать автомобиль, т.е. прекращать его боковое сближение в направлении ограждаемого бокового препятствия и обеспечивать коррекции траектории движения автомобиля при условии, что инерционная перегрузка находящихся в автомобиле лздай не .превышает допустимого уровня.

Для эффективного осуществления своих функций боковое ограждение барьерного типа должно обладать двумя главными качествами: энергоеыхостьв, достаточной для воспринятая кинетической энергии автомобиля, обусловленной поперечной составляющей его скорости в момент наезда на ограждение и дэформатив-ностью, достаточной для обеспечения необходимой энергоемкости

при ограничении величины силы реакции ограждения по условию безопасности людей, находящихся в автомобилей

• Скорость бокового сближения автомобиля с ограждением зависит от угла наезда и поступательной скорости автомобиля и выранается уравнением:

« V»

где скорость бокового сближения;

- поступательная скорость движения автомобиля;

т9 - угол,наезда.

Наличие у автомобиля колес к дифференциала позволяет рассматривать кинематику его ззаимодейЬтгия с боковым ограждением барьерного типа как случай шгсскспар&ллзлънсго движения с вращением автомобиля относительно вертикальной от^ , проходящей через центр его заднего моста.

3 соответствии со схемой (см. рис.) условие коррекции .траектории движения автомобиля имеет вид:

Я^.Ы^^ук-е + (2.7)

где Щи - поперечная составляющая силы соударения автомобиля с ограждением (поперечная реакция ограждения);

сС - плечо действия сютяЩ^ ;

/¿с - коэффициент трения пары "гптомобкль-огргкдение"; ■^у*' - сила трения автомобиля и ограждения; в - плечо действия сйлыЛ^А ;

и. - полярный момент инерции автомобиля относительно оси Л ;

¿0 - - угловое ускорение коррекции;

- время коррекции.

Физический смысл этого уравнения в том, что момент силы

должен не только уоавноведивать противоволожно направленный момент трения ТЬу-^с-О. , но и создавать дополнительный шмент для поворота кассы автомобиля относительно оси^ .

Из уравнения (2.7) получаем выражение для сага поперечной реакции * ограждения:

Я/ УУо-дЗ _ <уо-о) • (2.8)

а~~ (¿уие^и

Варазгние (2.8) заожет быть записано в виде уравнения, связывавшего импульс шшента силы с изменением количества вращательного двикения автомобиля относительно вертикальной оси, проходящей через центр его заднэго моста:

где {сСуЦО. ) - результирующая величина плеча действия силы. ':

Это уравнение показывает, что под действием силы , приложенной на плече (& ) з тетенле времени *£« масса автонобиля, движущегося без вращения ОЕносительно оси >35 , получила вращение относительно этой оси. При, этом количество вращательного движения вкражаегоя произведением ыоыента инерции автомобиля на величину его угловой скорости относительно оси , или иыпульс момента силы

придает вас- .

се автомобиля, выражаемой моментом инерции, вращательное движение, необходимое для выполнения коррекции. Ввиду того, что Л-В

О) -

•¿в

, величина силы поперечной реакции ограждения доста? точная для осуществления коррекции, определяется уравнением:

лсг0э .

(2.9)

Для определения Бремени коррекции рассмотрим уравнение работы процесса коррекции, получаемое путем умножения моментов- левой и правой частей уравнения (2.7) на величину угла -О • „

^.¿^^е-е+СЬ.^в (2до)

Физическая сущность коррекции состоит в том, что ограждение должно воспринять ту часть кинетической энергии автомобиля, которая обусловлена поперечной составляющей его око-роста и преобразовать ее в энергию вращательного изижения автомобиля. При этом часть энергии, шисвошшсй к огреждения, расходуется на работу трэния автомобиля об ограждение и на деформацию автомобиля и ограждения. Поэтому ыожно записать:

аб-м^-г/^-^ ^ ^-£¿-6 (2.П)

где - коэффициент зосстановлетия деформации.

Девая часть этого уравнения выражает кинетическую знер-гив авгошбидя, обуслоэлеянуи поперечной составляющей его скорости с учетом потерь ::а деформации самого автомобиля; правая часть - работу аокснта силы поперечной реакции ограждения» необходимую для поворота автомобиля вокруг оси-^Т с одновременный преодолением его трзнкя об ограждении. Таким сбуазои:

- в + О'осЬ • о

или, подставляя ^""^гг получим:

- г ' (2.12)

В результате подстановки (2.9) в (2.12) и выполнения соответствующих преобразований получпм время коррекции:

СГ0-сС (2.13)

Время коррекции может быть получено также из уравнения:

где - расстояние от оси вращения автомобиля до точки

его контакта с ограждением. Откуда ^-е-Сояв (2 15)

Вше было отмечено, что энергия, подвопиная к ограждении, преобразуется в энергию вращения автомобиля. .

и расходуется на совершение работы трения и деформации автомобиля и ограждения. Этот баланс энеогия ыохно записать в .виде уравнения: ^

- Энергия, расходуемая на трение пеоеходит в тепло и рассеивается в окружающем пространстве одновременно с трансформацией остальной части кинетической энергия автомобиля в энергия -его вращения к энергию деформации ограждения. Доэто-иу, энергия, воспринимаемая огракдекиемл преобразующаяся затем в энергию вращения автомобиля и энергию деформации ог- • раждения мокзт быть записана в виде:

(2.1?)

где Е - энергоемкость ограждения.

В соответствии с уравнением баланса энергии

Я»? <2Л9)

* * к

где — - энергия вращения автомобиля;, Ъу? - энергия деформации ограждения;

«/" - поперечный прогиб ограждения. Соотношение величин энергии вращения автомобиля и деформации ограждения зависит от величины коэффициента восстановления энергии. Если деформация ограждения имеет идеально упругий характер, при котором энергия, воспринятая ограждением не

рассеивается в нем, тогда вся энергия возвращается автомобилю в форме энергии его арашения. Если деформация ограждения происходит с поглощением и рассеиванием энеогии, автомобилю возвращается разница энергии, подведенной к ограждению и поглощенной им.

Ввиду того, что по условию обеспечения безопасности движения автомобиль долкен быть направлен вдоль линии ограждения или удаляться от него под небольшим углом, энергия, поглощаемая ограждением, должна шло отличаться от его знерго-

еъжости, т.е.: / . г-

t/orf ~ /Гоу>

Поэтов величина поперечного прогиба ограадеши может

быть записана в зяде: ¿р

- J-

Для определения пути коррекции и радиуса кривизны ее траектории можно использовать зыракения:

+ y>9j-£ (2.20) (2.21)

где: yj .- коэффициент сопротивления качению; Z%> -ее.?-1*

Результирующий вектор инерционной перегрузки определится из: ^ ЫгОс+Яс . (Z Z2)

Г

и направлен поперек продольной сои азтокобетя в сюпону ограждения. В, этом же направлении под действием силы гиерцаи перемещается голова н верхняя часть туловища человека. Диагонально-поясной ремень и подголовник сиденья не препятствуй! тако.чу перенесению и удару головы о среди®.стойку салона легкового автомобиля, кропсу asepucvo проеш кли стеако салона автомобиля. Удар об- эти предметы приходятся з сбласгь виска, затылка или верхнюю часть головы. Поэтоцу поперечно-инерционную перегоузку рекомендуют ограничивать величиной п не допускать, чтобы она превышала 5О.

Ввиду того.Ччто поперечная перегрузка определяется векторной сушой ускорений CL^ cz^. , условие безопасности людей,

находящихся в легковом автомобиле, ыохет быть записано в

виде: гч Gtu> CÍ*. _ . —|-

У автомобиля с большим моментом инерции величины инерционных перегрузок значительно меньше, Но при зтоы следует иметь в виду, что водитель и пассааирн не пристегнуты ремнями безопасности и иыеат значительно большее сространство для перемещения поперёк салона. Поэтому крае пои перегрузке порядка 2 р скорость поперечного перемещают монет достигать 7-8ц/с. Удара с такой скорость« о боковые панели или элементы интерьера салона могут сопровсздаться серьезными травмаш. Поэтому силу поперечной реакции ограндзния целесообразно огранивать минимальной величиной, необходжоЯ еля осущэсгвлзнкя коррекции.

В отношении аатоиэбилей с высоко располоненным-цёнтром масс вапно обеспечение их устойчивости против бокового опрокидывания.

Условие устойчивости ошзеделяется из выражения: .. /Йа'Р

а ~ г- / л {¿.¿о)

' АГ. .

где 3 - колея автомобиля; •^о* - высота оси крена;

высота центра касс; У& ~ допустимый угол крена кузова по условна сохранения

. .контакта колес с дорогой;

ь° ~ высота оси балки огракденкя;

- момент инерции кузова относительно оси крена;

- центробеяная сила.

Величины основных показателей взаимодействия автомобиля с боковым ограждением, полученные расчетом, приведены в таблице.

Выводы

1. Физической основой предлагаемой методики расчета основных показателей процесса взаимодействия автомобиля с боковым ограждение!: является равенство кинетической энергии автомобиля, обусловленной поперечной составляющей его скорости и энергии поворота продольной оси автомобиля на величину угла наезда с учетом энергии, затрачиваемой ка трение автомобиля об ограждение.

2. Фигнчесвкй с1ысл надежности бокового ограждения барьерного типа определяется его энергоемкость®, равной рязЕэтце кинетической энергии автоыгбиля, обусловленной поперечной составляющей его скорости в шаент наезда ва ограадение и энергии, затрачиваемой ка гренке автомобиля об огргздеаде.

3. Безопасность находящихся в азтоьгбиле людей определяется сункаряой величиной поперечной перегрузки, обусловленной угловым ускорением автомобиля в процессе коррекции его траектории и ее кризолинейкостью.

4. Для удержания а коррекции траектории автобуса кассой II т, наезпающзго на ограждение со скоростью 60 кц/ч под углом 15 град., ограгдекие должно 1Шеть энергоемкость поаядка 95 кдк и-поперечную реакцию 65-70 нН пои полеречнсы прогибе порядка 1,5 и.

5. Для удержания и коррекции легкового автомобиля кассой 1,0 т, наезжающего на ограждение со скоростью 60 км/ч под углем 20 град, энергоемкость, попеоечная реакция к прогиб ограждения должны быть: 23 кдя, 33 кН и 0,61 м; для автомобиля с кассой 1,6 т - 37 кдд, 47 кН, 0,8 м соответственно. При параметрах взаимодействия, указанных выше, поперечная инерционная перегрузка людей в легковом автомобиле ьассой до I т достигает опасного уровня - 10§ , влегкопоы автомобиле массой 1,6 т превосходит допустимый уровень на 25Й. В целях предотвращения опасных травм людей в легковых автомобилях требуется совертпнсгвованле средств обеспечения пассивной безопасности элементов интерьера их салона.

Таблица

Показатели процесса ззаикодействая азтоьс-биля • с боковым ограждением барьерного типа

Обозна чение Размерность Ыарка автомобиля

ЗАЗ-968! М-2140 1ГАЗ-24 } "Запоро "Моек- "Волга" ШАЗ-677 жец" | вичя | |

I ! 2 3 ! 4 ! 5 ! 6

.0

ж*. $

т г

км/ч 80 80 80 50 60

град/р?.д. 20(0,35)20(0>35) 20(0,35^. ^ 15(0,26)

кг 1000 1480 1600 11000 11000

КГ.ы2 1800 4020 ^5983 140000 140000

м 1,7 2,0 2,2 4,2/'- 4,4

- 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03

с. 0,15 0,18 0,19 0,60 0,48

кН 33,8 43,4 44,0 65 72

ЕЙ* 23,2 34,2 36,5. 98 80

м. 0,61 0,88 0,85 1,4 1,5

м. 2,9 3,8 4,2- 7,5 7,5

м. 7,1 8,64 10,7 22,0 25,5

_ Ю,01} ад" 6,71) 1,£> 2,3*)

— т I I . I I

1 - на переднем сидении

2 - на месте водителя.

2.3, Методика расчета дефордатквной характеристики ограждения барьезкого типа

Способность удержания и коррекции автомобиля определяется конструктивными особенностями ограждения, вютчапщимя тип балки и стоек, их шагом и др.

Основные, функциональные характеристик! и параметры элементов ограждения барьерного типа дризедены в таблице.

Основные} конструк} тявные . элементы |

функциональность

Наименование параметров

Балка Восцринятие и передачи наг" рузки стойкам; поглощение части.энергии взаимодэйстаия

Консоль Предотвращение непосредственного наезда на стойку; сохранение эффективной высоты

пепедача доперечгшх и продольных усилий от балки СЭ0ЙЕС11

Стойка Опора б ал га; воспринятое и передача усилий от балки земляному полотну: поглощение энэргли наезда

Несущая способность; высота расположения над дорогой

вылет консоли; энер-гополглощенае; возможность отделения от стоек при определенном их изгибе

поперечная реакция; энергопоглощекие

Для обеспечения беспрепятственного осуществления коррекции несбхошшо также предотвращение заезда колеса автомобиля под балку ограждения, .что достигается при условии ft^.k. -ir О. 75~C¿k-При определении высоты линии контакта необходимо учитывать размеры наиболее распространенных колес легковых автомобилей карск "ВАЗ" и др. Верхняя кромка диска колеса заходится на высоте около 0,5 и над поверхность!) дороги, поэтому высота линии контакта должна быть на уровне 0,5 и. С учетом размера профиля 312x34x4 высота ограждения по верхней кромке балки должна быть около 0,75 м.

Для обеспечения плавной волны деформация ограждения с соотношением прогиба к длине, волны 1:20, т.е. _ g^

следует выполнять соответствие несущей способности балки и реакций ее оцор, т.е. несущая способность балки должна быть соразмерной реакциям стоек на определенном шаге их установки.

Несущая способность балки с учетом коэффициента динамичности определяется уравнением <п 8

Ые--1--(2.24)

где С5г принимается 330 Ша, а ^ - 1,15.

Вычисленные величины несущей способности балки и соответствующие ем тоебуедае реакции стоек приведены в таблице Требуеше реакции стоек определены из условия

Я/с,

а&Я>г.

Шаг стоек в (Несущая способность балки из стального

ограждении, м j гнутого профиля, кН¿А*алциг>

} 312x83x4 } 312x83x3

I 104/52 77,2/38,6

2 52/26 38,6/19,3

3 34,7/17,3 25,8/13

4 - 26/13 .19,3/9,6

При выборе стоек необходимо иметь в виду недопустимость серьезных повреждений подвески автомобиля. 8то обстоятельство означает необходимость применения стоек с величинами реакций, приемлемых с позиций уцаро-прочносткых качеств агрегатов автомобиля.

В целях сохранения эффективной высоты ограждения при его поперечном прогибе до 0,5 м, соединение балки со стойками целесообразно выполнять через жесткие консоли, которые должны при дальнейшем прогибе отделяться от стоек совместно с балкой.

Наряду с дефораативносгью стойки должны обладать максимальной энергоемкостью на единицу массы. При этом форма про' филя поперечного сечения стоек и их расположение по отношению к действующим нагрузкам должны обеспечить характер работы стоек без специальных мер по усилению ях заделок в грунте. Позтоцу в качестве стоек целесообразно-кспользовать швеллеры или гнуткз профили коробчатого сечения. . __

С целью выбора Tima и параметров профилей .для стоек ограждения были проведены исследования работы различных сечений и получены формула для расчета их работы при пластическом изгибе. Испытания на пластический изгиб, проведенные с различила типами сечений показали, что при значительных прогибах геометрические, ргзкеры з местах образования пластического шарнира изменяются. Так уголок развальцовывается, кольцевое поперечное сечение в виде трубы становится близким к эллиптическому, •станки швеллера и двутавра искривляются, а полни поворачиваются вокруг стенок.

Несущая способность^ коробчатого сечения определяется из

ш/щ

ш

(2.25)

Для иорытного сечензш

в- плоскости наименьшей кесткости в плоскости наибольшей жесткости

(2.26)

(2.27)

Для кольцевого сечения

честве профиля выбран швеллер. Реакция и энергоемкость для шзэляера Р 10 е Р 12 соответственно равнн 8 кН и 4 кДк, 12 кН я 6 вДв.

Общая энергоемкость ограждения складывается из суммы энергоеккостей стоек и балки, работающей в режиме упруго-пластической дефоршцш и в режиме натянутой нити.

Реакция балки, работающей в рзяиыэ натянутой нити определяется, как равнодействующая поперечных составляющих усилия натяжения бални/* . Взиду того, что отношение составляет 0,1, сумма поперечных составляющих натяжения балка нонет быть представлена в виде

Натягение балки возрастает от нуля до максимальной величина постепенно, поэтому пои прогибе ограждения 0,5 м конно считать, что

, а реакция ~ О.//^

Энергоемкость балки при прогибе У" = 0,5 м составляет

При прогибах I и 1,5 ы соответственно ОАГ* и

Реакцию и энергоемкость балки, работающей в режима натянутой нити моано определить из рассмотрения следующей расчетной схемы.

I

"■ 1 ■ ■ — и --"V-"1-

} Кб.н

Запшпег условия равновесия в проекциях на координатные оси, считая, что нить работает в упругсй стадии - Т^Сн -¿-л/и- - о ]

решив совместно получим__•

-у.л

л/

--

До закоцу Гука удлинения левого к правого участков вы-_ разятся следукции образом

- ---ЁГ

где £Р - гесткость нити ера растяЕоаии.

По закону сохранения энергия при деформации неги

г/*ЫГ Я?*«../

Внося значения и V получим

.. . ер.....

Заменяя Ма. и получим после преобразований

г/у гсу]

В качестве расчетной принята схема деформации ограждения барьерного типа

(2.29)

г, ,1.1 1 • 1 -л

f * ч

! \

Ч

ч

. Расчет приведенного количества деформированных до прогиба 0,5, 1,0 и 1,5 и выполняется согласно схеме, определением величины прогиба каждой стойки методом отнояения кагатов максимального прогиба к длине полуволны деформации и показан в таблице

Шаг стоек в ограждении, ы ' Приведенное количество стоек |пра прогибе ограждения, м | 0,5 { 1,0 | 1,5 Общее количество стоек, де-форишоЕанных ¡до прогиба 0-5м

4 1,2 2,4 2,8 6,4

3 1,6 3,2 3,6 8,4

2/^ 2,4 4,8 5,6 12,8

I

л

Реакция и энергоемкость ограждения, обусловленная деформацией стоек определены по выражениям

Реакции и энергоемкости балки, работающей в режиме пластической деформации, опоеделены по выражениям

¿-г*!-*.

/-2. •+ А?

¿.в

г- <8Мял ,

-«у,

= 4М„А (А -ЛУ

¿-л.* ¿.3

В таблице приведены расчетная реакция и энергоешсость балок, работающих в режиме пластической деформации

Размер{Реакция, кН| Энергоемкость, к$к ПР°мц { Поперечный прогкб, м {Сумгараая,

| 0,5 { 1,0 | 1,5 | 0,5 { 1,0 | 1,5 | ^

312x23x4 10,4 8,0 4,4 5,2 4,0 2,2 11,6 312x83x3 7,2 6,0 3,3 4,1 3,0 1,7 8,7

/Г° Расчетная реакция и энергоемкость балки, работающей в ре!же натянутой нити приведены в таблице

Прогиб ограждения, м| Реакция, кН| Энергоемкость, кД?"

0,5 12 6

1,0 24 12

1,5 24 12

Реакция и энергоемкость ограждения является суммой реакций и энергоемкостей балки и стоек

— +£~<Г. пл. ■*■

Величин« реакций а энеагоемкостей ограждений с различным шагом стоек из ааеллера № 10 и № 12 и двумя типами балок сведены в таблицу. е

Размеры балки им

10-12 0,5 32-37 16-17,5

1,0 51-61 25-30,5 66-79

1,5 51-62 25-31

3 0,5 36-42 18-21

1,0 £8-70 29-35 76-92

1,5 57-72 29-36

2 0,5 42-52 21-26

1,0 70-90 35-45 102-120

1,5 73-96 36-48

4 0,5 29-34 14-17

1,0 49-59 24-30 62-77

1,5 49-61 23-30

3 0,5 32-38 16-19

1,0 56-68 28-34 72-88

1,5 56-70 23-35

2 38-48 " 19-24

1,0 68-88 34-44 89-115

1,5 72-94 36-47

Шаг стоек м

Гил стоек

Прогиб, м

Реакция, {Знеогоемкость, кН

X

,при дан| сумма ¡ном про} пли ;гибе }/-=1,5м

Расчетная дефорзгативно-силовая характеоистика с балкой 312x83x4, стойкой из швеллера № 12 и шагом стоек 2-3-4 м показана на рис.

0.5 4.0 ¿¿Г Поперечный прогиб,^м

/- Н АО-142 -19 2. - НАО-З -12 -й? 3 - НА0-2-- ^

Анализ шпоетенкык расчетных величин реакции а энергоемкости ограЕдежя барьерного гяпа показывает, что метод расчета, основанный на вычислении и су^нирозании величин реакций и энергоемкостей стоек, работающих в регате пластической деформации к балки ограждения, работающей е режиме пластической деформации и натянутой кити, позволяет определить реально докяопаэз показатели дефорштнвно-сшговой характеристики барьерного ограгдгния.

Расчет, выполненный по разработанной методике, показывает целесообразность использования в качестве балки более экономичного стального про|иля 312x53x3.

3. ЭКСШШШЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

С целью изучения механши взаимодействия автомобиля с ограждением и подбора параметров конструкций' с получением ориентировочных деформатизно-еиловых характеристик были пооведены исследования на фрагментах элемштов ограждений по определению реакций и энергоеыхостей стоеп и балки. Исследования на натурных фрагментах элементов ограждения по определению реакций и энергоемкостей стоек и балки методом

.¿статических к динамических испытаний. Установлено, что пластические деформации происходят при напряжении, превышаю-: прс: прзделы текучести в среднем на т.е. .для стали каряя ВСтЗ эти налрязекия составляют 290-310 МПа, а при скорости нагрукекия, близкой к реальной пргт; работе конструкции, увеличение сопротивления стали увеличивается на 15?.

с- ш1с««р яй гост шо-72

гост кщ-!ь

о 0.1 о.й 0.5 0.4 0.5

Прогиб, м

— 3.1. Исследования работы ограждения методом стагического нагружения

С целью определения зависимостей реакции ограждения от типа стоек, шага,, их расположения в ограждении, влияния отделения консолей от стоек и работы балки в режиме натянутой нити проведены исследования работы конструкции методом с „статического нагруяения с перемещением нагрузки от начала взаимодействия здоль линии ограждения на мелкомасштабных механических моделях с соблюдением геометричес-

кого и силового подобия. Иодель показана на рисунке

Ь=0=

п п

-ч

-«-к-гг

При построении масштабных моделей конструкций соблюдалось геометрическое и силовое подобие. Условие подобия для напряжений и усилий в плоской стержневой системе при равенстве относительна дефорьзцгй в натуре и модели выра-кается соотношениями

Е'и

£3

--оСуЗ,

СГ'-§,

где £ и - относительные продольные деформации модели и натуры;

о4 - масштаб геометрического подобия;

- масштаб силового подобия;

/Уи - продольные усилия в натуре и модели; б"«в*'- изгибающие моменты и налрякення в натуре и модели;

- площади поперечных сечений; О_ моменты инерции;

¿^УИ ' и " - радиусы инерции сечений натуры и

^ модели.

Проведенные испытания позволили определить в первом приближении требуемые параметры стоек ограждения для балки 312x83x4 и построить деформативнуи характеристику ограждения с шагом стоек 4-3-2 и при прогибах до 1,5 м. Таким путем определено, что для конструкций дорожных ограждений целесообразно использование в качестве стоек горячекатанных швеллеров № 10 и $ 12. Определено также, что при взаимодействии автомобиля с ограждением, натяжение балки может составлять силу порядка 10-12 т.е. В связи с зт::м разработаны специальные концевые анкерные узлы, которые таюхе испытаны с определением их параметров на данной модели.

3.2. Динамические испытания моделей ограждений

С целью изучения механики взаимодействия азтомобкля с ограждением я тзедварнтельного выбора параметров конструкций проведены динамические испытания масштабных моделей различных конструкций ограждений.

Экспериментальные исследования работы конструкций ограждений возможны на натур галс объектах и мелкомасштабных; моделях с последующие использованием аппарата теории механического и геометрического подобия. Модель изготавливается из материала, механически подобного материалу реальной конструкций с сохранением пропорций геометрического подобия. Испытание модели ограждения производится наездом специальной тележки, механически подобной натуральному автомобилю. Испытано 8 моделей ограждений, изготовленных в шештабе 1120. Контроль угла наезда и параметров прогиба конструкции осуществлялся по специально расчерченному основанию в виде координатной сетки. Процесс наезда регистрировался кинокамерой "Экрана* со скоростью 48 кадров/с. Разгон модельного автомобиля осуществлялся пружинным устройством. Скорость разгона регулировалась натяжением пружины. На модели автоиэбиля были установке«« датчики ускорений, посредством которых производилась запись на осциллограф Н-004 с нулевой линией и отметчиком времени. Регистрировались следующие параметры:

- фактический угол наезда;

- угол выезда после коррекции;

- скорость наезда и скорость после коррекции;

- поперечные и продольные замедления;

- время коррекции.

Касса модального ограждения составляла 8, ЕГО кто.

В числе экспериментальных были исследованы конструкции с двумя нглравляющамк балками (верхней и нижней) и работающими в пластической стащи консолями, а такие конструкции с балкой в виде фермы и упрощенные варианты конструкций ограждений типа 15В-1 (США), результвха натурных испытаний которых известны.

В результате пересчета результатов испытаний моделей на натурный барьер получены значения некоторых паракзтров, трёбуемах' для проектирования, в том числе - реакции стоек, кх прочностные соотношения с жесткостью балки е пролете между смежными стойками, влияние ка процесс .взаимодействия анкерных: узлов.

Результаты проведенных динамических испытаний моделей конструкций позволили сделать следующие выводы:

- для обеспечения требуемого соотношения волны деформации к прогибу 1:20 жесткость балки должка быть больше или равной жесткости .двух смежных стоек;

- необходимая энергоемкость стоек для балки 312x83x4 должна быть не менее 7-9 еДз;

- обеспечению плавной волны дефорьЕцик способствует повышение жесткости балки, выполняемой в виде ферж, а гакге применение анкерных концовш участков ограждений;

- консоли, работайте з пластической стадкт материала, способствуют опусканию направляющей балки и взаимодействию автомобиля непосредственно со стойкааи;

- стойка с незначительной разницей момента сопротивления по главным осям при приложении нагрузки скручиваются в местах заделки и теряют часть несущей способности;

- для получения энергоемкости конструкции порядка 110-120'^ определено предварительно, что для балки 312x83x4 целесообразно использование стоек из горячекатанных швеллеров № 14 с шаток стоек около 3-х метров;

- анкерные узлы концзпых участксв ограждений долгны обеспечивать усилие порядка 12 т..с;

- впервые замечено возникновение второго удара в^. момент окончания коррекции. — --

3.3. Полномасштабные натурные испытания

На основе выполненных расчетов элементов конструкции' цорся-ного ограждения барьерного типа и маситабкого моделирования были, разработаны варианты экспериментальных конструкций, которые прошли полномасштабные натурные испытания наездами легковых, грузовых и тяжелых (автобусов) автомобилей. Испытания проведены на центральном научно-исследовательском полигоне НАШ.

Целы> испытаний язлялась проверка корректности метода расчета и проектирования и отработка технических решений опытных конструкций ограждений барьерного типа.

Для проведения испытаний построена специальная площадка для разгона автомобилей и места установки огракдения. На площад--ке для разгона закреплен рельс, по которому движется буксирующая автомобиль тележка с устройством для отделения автомобиля перед наездом на испытываемое ограждение. Тзлекка буксируется через систему блоков тросом, который вытягивается автомобилем-тягачом. Эта система предусматривает возможность получения скорости испытываемого автомобиля вале скорости тягача в 2-3 раза.

Под утлом в 12-14-20 град, и разгонноцу направляющему ' рельсу в грунте устанавливается испытываемое ограждение.

Для проведения испытаний выЗраны параметры взаимодействия автомобиля с ограждением:

- скорость наезда легковых автомобилей - 80-85 км/ч;

- скорость наезда автобусов, и тяжелых автомобилей - 50-60

км/ч;

- угол наезда - 12-20 град.;

- массы автомобилей - расчетные.

По результатам испытаний определялись следующие параметры взаимодействия:

- фактическая скорость в момент начала взаимодействия;

- фактический угол наезда;

- длина зоны взаимодействия;

- ыаясшальный динамический и остаточный прогибы;

- замедления, возникающие при взаимодействии.

Для измерения фактической скорости начала взаимодействия использован цифровой прибор, измеряющий количество импульсов в створе движения наезжающего автонобиля на пути, равном I м.

Замедления регистрировались специальной аппаратурой, устанавливаемой в наезжающем автомобиле и выполняющей гоа4ическую запись на. ленте осциллографа Н-504, а впоследствии быстродействующего самопишущего поибора.

Для определения .длины волны деформации, максимального лина-шческого прогиба и измерения угла наезда, а также времени коррекции использован метод скоростной киносъемки кинокамерой СКС-Ш со скоростью 1000 кадров/с. с последующей обработкой киноматериалов.

Конструкции огракдений испытывались наездами автомобилей ГАЗ-24 "Волга", Зид-555 ЬШЗи автобусом ЖДЗ-677 со скоростями поступательного движения в различных испиг-аниях для легковых от 50 до 85 кц/ч, для тяжелых и автобусов - 40-65 кц/ч. Результаты испытаний оформлялись протоколом испытаний.

На рисунках показаны некоторые фрагывяты испытаний опытных конструкций.

Характер деформации ограждения 0Д0-3 при взаимодействии с автобусом 1ИАЗ-677- при наезде под углом 14 град, и скоростью 60 кц/ч.

8

ГЦ5+М м ок лак«' '

Схема испытательной площадки с мостами для установки огравдений и раагониой полосой

fя автомобиля „ „ _ .

- дорога полигона; 2 - кромка покрытия; 3 - установленные ограждения; 4 - янкергае закладные детали; 15 - автомобиль-испытатель; б - тягач; 7 - трос; 0 - анкер; отсыпка иа песка; II - кинокамеры.

Незначительные повреждения автомобиля ГАЗ-24 "Волга" при испытании ограждения ОДО-4.

Начальный участок ограждения 0Д0-3 с анкерными узлат з гиде диагональных связей.

В результате полномасштабных натурных испытаний экспериментальных и опытных конструкций было отработано техническое решение безопасной конструкции, которая содержит 4 основных узла:

- балка 312x83x4;

- стойки из швеллера № 10 и № 12;

- консоли жесткие, отделяющиеся от стоек;

- анкерные узлы.

3.4. Экспериментальные"исследования стоек методом динамического кагружения

Для ограждений по ГОСТ 26804-86 предусмотрено использование для стойки дорожной швеллера № 12, а для мостовой - двутавра » 12.

Вычисленные значения несущей способности балки 312x83x4 и нормальной реакции стоек для шага от I до 4 м в огоаждении приведены ниже

Шаг стоек, м ! Несущая способность | балки, кН ! Нормальная реакция , стойки, кН . ..

4 14,4 9.1

3 19,4 . 12,1

2 28,8 18,2

I 57,6 36,4

Значения нормальной реакции стойки определяется условиям! ее з а делю; в грунте зешшного полотна дороги, несущей способностью балки и патом стоек в ограждении. Дорожные ограждения, имеющие недефошмруемуэ консоль, поглодают энергию бокового сближения за счет упруго-пластической работы стоек а балки при их изгибе. Ниже приведены-параметры стоек по ГОСТ 26804-86 в сравнении параметрами стоек по НО? 503-0-17.

Из Еьшеприведенных значений видно, что изгибающие моменты деревянной (14,4 и 31,4) п стальной (27,2 и 40,5). ьгойки почти в два раг.а больше соответствующих моментов грунтовой заделки. Поэтому отклонение стоек происходит без их разрушения. У стойки из железобетона эти моменты практически равны, что означает их работу ка пределе упругой деформации, после чего наступает их разрушение.

) } Момент, кН*м ¡Нормальная реакция,

НоооВТКеный ; Марка |-1-¡ш

документ ¿стойки ¡грунтовой¡изгиба {---

I • узаделни ¡стойки ;грунтовой;изгиба | | ¡заделки [стойки

ГОСТ 26804-86 ' СД-1 9,0 8,9- 12,0 11,8

СМ 14,4 21,7 22.1 33,4

ТПГ 503-0-17 дерев. 14,4 31,4 22,1 48,4

ж/бет. 14,4 13,3 22,1 20,5.

г?гр 27,2 40,5 41,8 62,3

. Основной задачей данного исследования являлась разработка конструктивного решения железобетонной стойки с получением пластического шарнира и энергоемкости, равнозначной швеллеру и V двутавру № 12.

Гипотезой является возможность образования пластического шарнира в месте изгиба стойки за счет ее разделения специальной прокладкой, через которую пропущены арматурные; стержни в растягиваемой и санмаеной зонах, при этом арматурные стерани в растягиваемой зоне должны быть несращиваеш с бетоном-и заанкервнн по торцам стойки.

Испытания предусматривали также получение динамических сравнительных характеристик стальных и железобетонных стоек.

Рассматривая схему изгиба стойки и задаваясь параметрами,/ (расстояние месду зонами растяжения и сжатия или плечо действия момента), /7 - количество растягиваемых стеряней, <3^ - временное сопротивление на разрыв, составляющее для арматуры класса А-1 « А-П 4200 и 5600 кгс/см^ для конструктивного решения при расстоянии между зонами 12 см, получим для А-1 диаметром 12 мм и .двух стеряней

Мкзг = Л 'Ж =. 2 • 1,13 ' 4200 • 12 = 11390

Реакция стойки на плече приложения силы 0,65 м составит

= 11390 _ . 27 52 на 0,65

Полученная расчетная величина реакции в два раза ниже требуемой. Увеличение реакции возможно за счет увеличения плеча/ или, количества или диаметра арматурных стержней в растянутой зоне.

Повторив расчет с использованием различного количества и диаметра стериней получим Для 3 стержней 0 12 "Я-ъг = 26,3 кН Для 4 стержней 0 10 Ясг = 24,2 кН Для 6 стержней 0 10 Я^с,- = 36,3 кН Для 4 стержней 0 12 Я/оГ= 35- кН

С целью уменьшения кручения стойки при ее изгибе целесообразно разнесение стержней в растянутой зоне на величину 200-220 мм с увеличений! .диаметров крайних стержней.

Используя аналогичный расчет примем в растянутой зоне 2 стержня А1 диаметром 12 и 4 стержня А-1 диаметром 10 М = 157248 (для 0 12) ' /V = 113904 (для 0 10) = 271152

Яьг. = 41 7 а

65

. С учетом, неоднородности арматуры 0,85 „ .

41,7 • 0,85 = 35,4 кН

Энергоемкость одной стойки при изгибе на 0,5 м

¿¿г = 35,4 • 0,5 » 17,7 кДж

Для дорожной стойки требуется реакция 12 :?Н. Она обеспечивается применением.в растянутой зоне двух стергнсй ел.А-1 дивмет-' ром 1С. С целью снижения неоднородное?!! целесообразно принять для дорожной стойки 6 стержней диаметром 6 в растягиваемой зоне и 2 стержня диаметром 10 кл.А-П з ешьае^ой зоне Тогда М = б • 0,4 » 4500 • 12 = 122500

&Г-- 129500 а 20 кН 65

Оег = 20 • 0,5 = 10 кДзс.

они

Для проведения испытаний стоек,заделывались в грунт ?единого полотна и через тензоаетркческий рдтчта нагругглпсь движущимся со скоростью бокового сближения автомобилем посредством •¿роса по схеме, приведенной нике. Трос, закрепленный через дгаа-цэзгетр к стойке другим концом закреплен к автокобикэ, который устанавливается рядом со стойкой, а свободный трос смотан на покрытии в виде петель. Автомобиль разгоняется до скорости наг^у-кзния и дв:!жется затем с вьпшзчеыной транс:15ссхей • Перед полным натяжением троса измеряется сЕорость движения автомобиля импульсным счетчиком па-руги I и. Реакция стойки регистрируется динамометров на быстродействующий сашыисец или осциллограф. Знеогозмкость рассчитывается по величине изгиба стойки или по кинетической энергии автошбиля.

Результаты испытаний стойки по ЮР 503-0-17 в сравнении с металлическими стойкаш и разработанной стойкой из железобетона показаны на графике.

Анализ результатов динамических испытаний стоек позволяет с сачат ь следующие выводы:

- стойка из железобетона по !ШР 503-0-17 не пригодна для использования в ограждениях по причине высокой реакции и низкой энергоемкости. Более того момент в грунте и изгибающий момент ввиду практического равенства приводит к разрушшмг стойки в

Динамические испытания стоек

1. Стойка ЖБ по ТПР503-0-17

2. Швеллер & 12

3. С-образный профиль

4. Швеллер £ Ю

5. Стойка КБ энергопоглащасп^я

месте предполагаемого пластического шарнира;

- наиболее энергоемки стойки из стального проката и по реакции и энеогоемкости целесообразно применение швеллера № 12;

- разработанная стойка из железобетона показалз, что ее энергоемкость достаточна для использования в различных: конструкциях ограждений; ■

- разработанный метод выбора параметров железобетонной г стойки и динамических испытаний позволяет вшолнить разработку таких стоек по требуешм параметрам.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе анализа существующих методов расчета, масштабного моделирования и полномасштабных натурных испытаний ограждений барьерного типа разработан механизм процесса взаимодейстзия автомобиля с ограждением, позволяющий определить параметры, определяющие надежность удержания и осуществления коррекции автомобиля при уровне инерционных перегрузок, не превышающих безопасные уровни для людей, находящихся з автомобиле.

2. Разработана методика расчета дефоркативнс-силовых характеристик ограждений, позволяющая Еыбрать.тргбуеше параметры ограждения по величинам реакций и энергоемкости элементов конструкций.

3. Обоснован критерий устойчивости автомобиля против опрокидывания при взаимодействии с ограждением.

4. Разработана технические решения конструкции по сохранению эффективной высоты ограждения при изгибе стоек и решения по включению балки в работу натянутой нити путем специальных анкерных узлов начальных и конечных участков ограждения.

5. Полношсштабные натурные испытания конструкций ограждений барьерного типа в целом подтвердили корректность разработанного инженерного метода расчета.

6. Разработаны и внедрены опытные конструкции ограждения.

7. Подготозлач и разработан ГОСТЕ 26804-85 Ограждения дорожные металлические барьерного типа. Технические условия".

ПЕРЕЧЕНЬ

публикаций, в которых отражены наиболее существенные результаты научного доклада

1. Малинин U.K. Вабор типа и основных параметров направляющего ограждения. Тезисы доклада на ХХХУ научно-исследовательской конференции ЗДЦЙ, ¿i., 1977.

2. Калинин П.К. Безопасные конструкции металлических ограждений и метопы их расчета. Тезисы доклада на научно-технической конференции, Волгоград, 1979.

3. Калинин П.К. Разработка безопасных конструкций ограждений и способов кх расчета. Тезисы доклада на ХХХУП научно-методической и научно-исследовательской конференции ЫАда, М„, 1979.

4. Малинин П.К. Безопасные конструкции металлических ограждений для автомобильных дорог. Информхисток, Алка-Ата, 1981.

5. Малинин П.К. Ограждения барьерного типа для автоьгабиль-ных дорог. Инфоршгисток КазКИИНТИ, 1983.

6. Малинин U.K., Астров В.А., Елисеев Б.М. НоЕые дорожные ограждения барьерного типа. Тезисы доклада на 42 конференции МАДИ, Ы., 1984.

7. Калинин П.К. Надегиость и безопасность бокового удерживающего ограждения барьерного типа, КазНКШТИ, 1985.

8. Малинин П.К., Астров В.А. Принцип работы, метод раоче-та и конструктивное ранение дорошого бокового ограждения барьерного типа. Тр.СоюздорНИИ, 1965.

9. Малинин П.К., Астров В.А., Елисеев Б.М. Надежность и безопасность дородного бокового ограндения барьерного типа. Тезисы доклада- на научно-технической конференции, Ленинград, 1986. . *

10. Ыалинин П.К., Астров В.А. Безопасные конструкции ограждающих устройств на автомобильных дорогах. ОИ СЭАД, вш.З, М., 1983.

11. Малинин П.К., Каро-Иадз В.А. Методика расчета дорожных ограждений. Тр.СозздорНЖ, 1982.

12. Малинин П.К. Удерживающие ограждения. ЗИ ОБД, вып.5,

1990.

13. Малинин П.К. Новые конструктивные решения огиаждений парапетного типа. Тезисы доклада на научно-технической конференции, Алма-Ата,' 1992.

14. ГОСТ 26806 Ограждения цорожни* металлические барьегъ ного типа. Изпательсгяо стандартов, И., 1985.

15. малинии П.К. Расчет « проектирование ограждений барьерного типа для автомобильных дорог. Тезисы доклада научно-технической конференции "Пути совграенствования эксплуатационных качеств автомобильных доиог и повышения безопасности движения", Волгоград, 1989. ;

16. Малтаин П.К. Разработать ТУ Казахской ССР на конструкции ограждений для дорог и мостов с почменекием энеигопог-лощазощих стоек «з гелезобетона. Пэтет, 19Э1, Алма-Ата, S госрегистрации 00J3I6.

Г?. ТУ 218 FK 150-92 Стойки железобетонные дорожных и костоэых ограждений.

18. Азтооское свидетельство № 648579. Барьер безопасности для автомобильная дорог. 1978.

19. Автооское свидетельство № S74845. Барьер безопасности для автомобильная дорог, 1931.

20. Авторское свидетельство !? 1441000. Энергопоглощаааеэ устройство для дотойкых ограждений, ISSS.

21. Автопское свидетельство № 1486547. Устройство для остановки сьезгаш.его с дороги азтожбиля, I98S.

22. Авторское свидетельство № I49I936. Знепгопоглощающее устройство" досожнсго ограждения, 1989.

23. Авторское свидетельство iï 1768695. Железобетонная стойка, 1992.

24. ' Авторское свидетельство S 1705464. Дарглетао-тсосозое ограждение, 1891.

25. Авторское свидетельство № I7I2524. Ограждение парапетного типа для автомобильных дорог, 1991.

26. Авторское свидетельство № 1754335. Столб, 1992.

Соискатель

П.К.Малинин