CN107142879B - 一种多层式高速公路匝道口被动防撞吸能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于道路工程建设中安全防护设备领域，具体涉及一种高速公路匝道口被动防撞吸能装置，包括由外层防撞圈构成的柱壳结构和填充在内的多层吸能结构，多层吸能结构包括间隔设置的若干层沙石填充层和柔性撞击层，外层防撞圈和格构式中空结构均采用柔性材料制成，该装置的底部还设置有若干个固定凹槽。本发明的装置在遇到冲击时能够有效地将外部冲击力进行分散和吸收，该装置高度较高，在撞击时能够有效地减少对于车辆的冲击力，提高对车辆的保护能力，在遇到冲击时还能有效地减缓车速。且该防撞吸能装置为单个装置，占用路面面积小，可以自行依靠路面固定，十分适用于高速公路匝道口的防撞设计。
Description
技术领域
本发明属于道路工程建设中安全防护设备领域，具体涉及一种高速公路匝道口被动防撞吸能装置。
背景技术
近年来，我国高速公路不断改进加宽，各地的高速公路网络发展更是迅速，很多司机享受到宽敞惬意的驾驶体验的同时，个别司机从高速下来开往匝道，心急加马虎，非但不减速，反而想节省时间更快离开高速，从而导致了在匝道处的事故频发。据统计，每年在高速公路匝道处发生的交通事故占到了总事故的30％以上，因此，匝道处的防撞设施具有重大必要。
目前，我国专门针对高速公路匝道处设置的防撞装置还十分匮乏。绝大部分匝道处仅仅依靠高速公路的护栏作为保护。只有很少的部分高速路会在匝道处设置额外的防撞装置。目前，现有技术中，主要采用防撞方形或圆形水箱的形式，以及在护栏处安放沙桶的形式。当撞击发生时，通过装置主体产生的形变以及车辆和装置之间的动量交换，降低车辆的速度来起到保护作用。也还存在在防护栏上加装可以转动的塑料圆柱，在撞击发生时，通过形变吸收能量同时通过自身的转动来拨动车辆的方向来保护车辆。
但在现有技术中，装置主体较矮，装置的重心往往比车辆重心低，无法有效发挥整个装置对车辆的缓冲和吸收撞击中能量作用。且装置主体较轻且分散，当车辆与装置发生撞击时，水箱等装置由于单个质量较小，直接被汽车撞飞，且没有吸能效果。传统的防撞水箱一般质量为350kg左右。而一辆小轿车的质量一般为1500kg，在以80km/h的速度行驶时，即使在和水箱发生撞击之后，速度也会在50km/h左右，车辆的速度依然较大，对车辆的保护效果较差。装置主体包含多个独立单元，从而占据了较大的路面面积，对司机的驾驶带来了不利的影响。且部分装置需要依赖已有的防护栏等装置来固定以及安装等等。为安装工作带来诸多不便，且遭受撞击后会波及额外结构。
因此，现有技术中主要存在以下缺陷和不足：(1)装置主体高度太矮，无法有效地保护车头以及前驾驶室的人员安全，(2)装置主体重量较轻，轻易的被高速行驶的车辆撞飞，吸收能量以及减速效果较差，(3)装置主体为较多的分散个体，安装时占据较大的路面面积，对正常行车带来不便，(4)转轴类装置则需要依赖于原有防护栏安装，安装过程不便且吸能效果一般，而且撞击后还要波及额外的装置。由于存在上述缺陷和不足，本领域亟需做出进一步的完善和改进，设计一种适合高速公路匝道口的车辆防撞装置。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多层式高速公路匝道口被动防撞吸能装置，通过采用外层防撞圈与多层吸能结构构成的柱式填充体结构，在遇到冲击时能够有效地将外部冲击力进行分散和吸收，同时由于多层吸能结构的设计，提高了装置高度，在撞击时能够有效地减少对于车辆的冲击力，提高对车辆的保护能力。而设置沙石填充层，则能够增大装置的质量，在遇到冲击时有效地减缓车速。防撞吸能装置底部的凹槽设计，则能够方便的将整个装置进行固定和拆除。且该防撞吸能装置为单个装置，占用路面面积小，可以自行依靠路面固定，十分适用于高速公路匝道口的防撞设计。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种多层式高速公路匝道口被动防撞吸能装置，其特征在于，其为柱式填充体结构，包括由外层防撞圈构成的柱壳结构，和填充在外层防撞圈内的多层吸能结构，
其中，所述外层防撞圈采用柔性材料制成，所述多层吸能结构包括间隔设置的若干层沙石填充层和柔性防撞层，所述多层吸能结构的底层为沙石填充层，所述柔性防撞层为多层格构式中空结构，所述格构式中空结构采用柔性材料制成，该防撞吸能装置的底部还设置有若干个固定凹槽，与路面凸起配合将防撞吸能装置固定在路面上。
具体地，通过采用外层防撞圈与多层吸能结构构成的柱式填充体结构，在遇到冲击时能够有效地将外部冲击力进行分散和吸收，同时由于多层吸能结构的设计，将柔性防撞层设置在中间层，提高了其高度，在撞击时能够有效地减少对于车辆的冲击力，提高对车辆的保护能力。而设置沙石填充层，则能够增大装置的质量，在遇到冲击时有效地减缓车速。防撞吸能装置底部的凹槽设计，则能够方便的将整个装置进行固定和拆除，且在撞击时也能起到固定装置，减缓车速的作用。
进一步优选地，所述柱式填充体结构为三棱柱、四棱柱、圆柱、椭圆柱或异形横截面的柱体，且所述三棱柱、四棱柱和异形横截面的柱体的边角均为圆角。较多的比较试验表明，将柱式填充体的结构设计为圆滑的主体，能够及时将应力进行均匀分散，减少应力集中造成的结构损坏，具有良好的缓震吸能作用。
优选地，所述多层吸能结构的层数为任意层，优选为三层以上。根据需要，选择合适数量的层数，能够满足不同情况下的使用需求，最大程度保护车辆。
优选地，所述格构式中空结构为多边形格构式中空结构，优选为正四边形格构式中空结构。较多的比较试验表明，正四边形格构式中空结构构成的柔性材料层，其结构整齐均匀，能有效地将外界冲击力均匀分散，其缓冲效果更好。
优选地，所述格构式中空结构采用多层纤维增强复合材料制造，所述基底材料为聚氨酯材料、玻璃泡沫、改性聚丙烯、PVC泡沫、PMI泡沫、泡沫铝、聚苯泡沫和聚酰亚胺泡沫中的一种或者几种。
优选地，所述格构式中空结构内部填充吸能材料，该吸能材料为玻璃泡沫、改性聚丙烯、PVC泡沫、PMI泡沫、泡沫铝、聚苯泡沫和聚酰亚胺泡沫中的一种或者几种。
上述材料均为泡沫状结构，将其制备多层格构式中空结构和吸能材料，其缓冲吸能效果好，质量轻，且能够有效提高缓震吸能效果，减少对车辆和桥墩的冲击。
优选地，所述固定凹槽为正方形。
优选地，对于任意形状和大小的柱式填充体结构，所述防撞吸能装置底部的固定凹槽的规格均相同。通过将固定凹槽标准化并使底部的凸起与其匹配，底部的凸起能够适应不同形状的防撞吸能装置，在损坏后方便更换。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明通过采用外层防撞圈与多层吸能结构构成的柱式填充体结构，在遇到冲击时能够有效地将外部冲击力进行分散和吸收，同时由于多层吸能结构的设计，将柔性防撞层设置在中间层，提高了其高度，在撞击时能够有效地减少对于车辆的冲击力，提高对车辆的保护能力。而设置沙石填充层，则能够增大装置的质量，在遇到冲击时有效地减缓车速。防撞吸能装置底部的凹槽设计，能够方便的将整个装置进行固定和拆除。
(2)将柱式填充体的结构设计为圆滑的主体，能够及时将应力进行均匀分散，减少应力集中造成的结构损坏，具有良好的缓震吸能作用。而根据需要设置多层吸能结构的层数，则能够满足不同的使用需要。采用柔性材料制备将外层防撞圈、多层格构式中空结构和吸能材料，其缓冲吸能效果好，质量轻，且能够有效提高缓震吸能效果，减少对车辆和桥墩的冲击。通过将固定凹槽标准化并使底部的凸起与其匹配，底部的凸起能够适应不同形状的防撞吸能装置，在损坏后方便更换。
(3)本发明的装置提高了整体的高度，能够找到更有效的撞击点，且对防撞部位进行了特殊的设计优化，可以更有效的吸收撞击中的能量。提供单个大规格的装置，并且可以通过内部填充物来加大质量，在与车辆的动量交换过程中更有效延缓车速。主体为单个装置，占用路面面积小，对司机驾驶不造成影响。且可以自行依靠路面固定，不依赖于现有装置，即使遭受撞击后也不会波及额外结构。且该装置结构简单，制造成本低廉，安装和更换均十分方便，适应各类规格的高速公路匝道口，十分适合大规模推广使用。
附图说明
图1是本发明的防撞吸能装置的主体俯视图；
图2是图1中防撞吸能装置的A-A截面图；
图3(a)和(b)是本发明的防撞吸能装置的其他形状示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-外层防撞圈，2-柔性防撞层，3-多层格构式中空结构，4-沙石填充层，5-固定凹槽。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是本发明多层式高速公路匝道口被动防撞吸能装置的主体俯视图，如图1所示，其为柱式填充体结构，包括由外层防撞圈1构成的柱壳结构，和填充在外层防撞圈内的多层吸能结构，
其中，所述外层防撞圈采用柔性材料制成，所述多层吸能结构包括间隔设置的若干层沙石填充层4和柔性防撞层2，所述多层吸能结构的底层为沙石填充层4，所述柔性防撞层为多层格构式中空结构3，多层格构式中空结构3采用柔性材料制成，该防撞吸能装置的底部还设置有若干个固定凹槽5，与路面凸起配合将防撞吸能装置固定在路面上。
在本发明的一个优选实施例中，所述柱式填充体结构为三棱柱、四棱柱、圆柱、椭圆柱或异形横截面的柱体，且所述三棱柱、四棱柱和异形横截面的柱体的边角均为圆角。
在本发明的另一个优选实施例中，所述多层吸能结构的层数为任意层，优选为三层以上。
在本发明的另一个优选实施例中，多层格构式中空结构3为多边形格构式中空结构，优选为正四边形格构式中空结构。
在本发明的另一个优选实施例中，所述外层防撞圈1采用多层纤维增强复合材料制造，所述基底材料为聚氨酯材料、玻璃泡沫、改性聚丙烯、PVC泡沫、PMI泡沫、泡沫铝、聚苯泡沫和聚酰亚胺泡沫中的一种或者几种。多层格构式中空结构3采用多层纤维增强复合材料制造，所述基底材料为聚氨酯材料、玻璃泡沫、改性聚丙烯、PVC泡沫、PMI泡沫、泡沫铝、聚苯泡沫和聚酰亚胺泡沫中的一种或者几种。多层格构式中空结构3内部填充吸能材料，该吸能材料为玻璃泡沫、改性聚丙烯、PVC泡沫、PMI泡沫、泡沫铝、聚苯泡沫和聚酰亚胺泡沫中的一种或者几种。
在本发明的另一个优选实施例中，所述固定凹槽5可以为正方形。对于任意形状和大小的柱式填充体结构，所述防撞吸能装置底部的固定凹槽5的排列、数量、大小和形状等规格均相同。
为更好地解释本发明。以下给出一个具体实施例：
参照附图1，主体为三棱柱结构，在边角处设置有圆角。参照附图2，主体具有三层填充层，其中2为柔性防撞层，柔性防撞层2的内部采用多层纤维复合材料制备的多层格构式中空结构3，且在每个格构的内部为中空结构，4为沙石填充层，上下各设有一层沙石填充层4，主体侧面包裹有聚氨酯防撞圈，整个装置通过正方体的固定凹槽5与路面凸起配合而固定于路面之上。
一种多层式高速公路出口匝道汽车防撞装置提高了防撞装置的重心高度，可以使车辆与防撞装置的撞击点位于相对较软的聚氨酯填充层。而该层主体为多层纤维复合材料格构式结构，采用中空结构的设计。保证了结构具有良好的强度，同时允许局部结构承受轴向压缩，整体承受弯矩作用，在撞击时可以产生较大的形变，吸收大量的能量来降低车辆的速度，带来优异的缓冲效果，对车辆和人员形成有效保护。本发明的上下两层填充有密度很大的沙石，加大了整个装置的质量，装置的质量达到1000kg，可以有效的大幅度降低车辆速度，撞击时，与车辆的动量交换过程中更有效的降低车速。底部设置有多个正方体凹槽，安装时只需在路面设置对应的混凝土凸起即可，安装方便简洁，即使遭受撞击也不会破坏周围的护栏等结构，且该固定设施并非将装置完全固定在地面，发生撞击时装置的移动和与地面的摩擦都能抵消部分冲量。本装置占地面积小，有效的避免了对驾驶员造成的驾驶干扰。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种多层式高速公路匝道口被动防撞吸能装置，其特征在于，其为柱式填充体结构，包括由外层防撞圈(1)构成的柱壳结构，和填充在外层防撞圈内的多层吸能结构，
其中，所述外层防撞圈采用柔性材料制成，所述多层吸能结构包括间隔设置的若干层沙石填充层(4)和柔性防撞层(2)，所述多层吸能结构的底层为沙石填充层(4)，所述柔性防撞层为多层格构式中空结构(3)，多层格构式中空结构(3)也采用柔性材料制成，该防撞吸能装置的底部还设置有若干个固定凹槽(5)，与路面凸起配合将防撞吸能装置固定在路面上。
2.如权利要求1所述的防撞吸能装置，其特征在于，所述柱式填充体结构为三棱柱、四棱柱、圆柱、椭圆柱或异形横截面的柱体，且所述三棱柱、四棱柱和异形横截面的柱体的边角均为圆角。
3.如权利要求1或2所述的防撞吸能装置，其特征在于，所述多层吸能结构的层数为任意层。
4.如权利要求3所述的防撞吸能装置，其特征在于，所述外层防撞圈(1)采用多层纤维增强复合材料制造，所述纤维增强复合材料为聚氨酯材料、玻璃泡沫、改性聚丙烯、PVC泡沫、PMI泡沫、泡沫铝、聚苯泡沫和聚酰亚胺泡沫中的一种或者几种。
5.如权利要求4所述的防撞吸能装置，其特征在于，多层格构式中空结构(3)为多边形格构式中空结构。
6.如权利要求5所述的防撞吸能装置，其特征在于，多层格构式中空结构(3)采用多层纤维增强复合材料制造，所述纤维增强复合材料为聚氨酯材料、玻璃泡沫、改性聚丙烯、PVC泡沫、PMI泡沫、泡沫铝、聚苯泡沫和聚酰亚胺泡沫中的一种或者几种。
7.如权利要求6所述的防撞吸能装置，其特征在于，多层格构式中空结构(3)内部填充吸能材料，该吸能材料为玻璃泡沫、改性聚丙烯、PVC泡沫、PMI泡沫、泡沫铝、聚苯泡沫和聚酰亚胺泡沫中的一种或者几种。
8.如权利要求7所述的防撞吸能装置，其特征在于，所述固定凹槽(5)为正方体。
9.如权利要求8所述的防撞吸能装置，其特征在于，对于任意大小和形状的柱式填充体结构，所述防撞吸能装置底部的固定凹槽(5)的规格均相同。
10.如权利要求1或2所述的防撞吸能装置，其特征在于，所述多层吸能结构的层数为三层以上。
11.如权利要求4所述的防撞吸能装置，其特征在于，多层格构式中空结构(3)为正四边形格构式中空结构。
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