CN108625283A - 一种用于高速铁路桥梁的半刚性护栏 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高速铁路桥梁的半刚性护栏，包括横梁和中空立柱，中空立柱包括用于与高速铁路桥梁的路基连接的路基安装端和与横梁连接的吸能构件连接端，横梁沿高速铁路桥梁延伸方向安装在吸能构件连接端，中空立柱上沿横梁的长度方向贯通有诱导孔，诱导孔沿中空立柱的长度方向依次设置。当列车脱离轨道撞向横梁时，中空立柱不会发生折断导致立刻失效，而是沿着诱导孔的位置，从上而下一层一层往外发生弹性‑塑性变形，从而起到缓冲吸能，并且减少碰撞时的峰值作用力的效果，避免了刚性冲击，从而减少对乘客的二次伤害。

Description

一种用于高速铁路桥梁的半刚性护栏

技术领域

本发明涉及高速铁路桥梁无咋轨道领域，尤其涉及一种通过诱导逐层变形而达到增大缓冲吸能量和减少冲击力的用于高速铁路桥梁的半刚性护栏。

背景技术

在建造铁路线路时，为了保证线路的平直，防止线路沉降，节约占地面积以及不受到地形条件的制约，高速铁路大多建在桥梁上，尤其在某些地势条件较为恶劣的地区，铁路线路中桥梁的占比更高。目前，随着我国高速铁路建设事业的快速发展，轨道交通的安全性问题日益显著，列车一旦在桥梁段发生脱轨事故冲出桥面而坠落桥底，会带来巨大的人员伤亡和财产损失。现有的混凝土防护墙在防止列车冲出桥面的过程中，几乎不能够吸收列车的冲击动能，同时脱轨脱线列车与混凝土防护墙之间的撞击力非常大，缓冲吸能效果差，对于乘客的二次伤害会很大，同时对于整个桥梁强度要求也非常高。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于高速铁路桥梁的半刚性护栏，进而通过诱导逐层变形而达到增大缓冲吸能量和减少冲击力的目的，从而解决上述问题。

为实现上述目的，本发明一种用于高速铁路桥梁的半刚性护栏，包括横梁和中空立柱，所述中空立柱包括用于与高速铁路桥梁的路基连接的路基安装端和与横梁连接的吸能构件连接端，所述横梁沿高速铁路桥梁延伸方向安装在所述吸能构件连接端，所述中空立柱上沿所述横梁的长度方向贯通有诱导孔，所述诱导孔沿所述中空立柱的长度方向依次设置。

进一步的，所述诱导孔包括平行于所述中空立柱的长度方向的第一尺寸和垂直所述中空立柱的长度方向的第二尺寸，所述第一尺寸小于第二尺寸。

进一步的，所述诱导孔为腰型孔或矩形孔或椭圆形孔。

进一步的，还包括一呈筒状的吸能构件，所述吸能构件包括与所述横梁连接的安装平面、与所述中空立柱连接的安装柱面和位于所述吸能构件两侧的缓冲吸能面，所述缓冲吸能面向所述吸能构件的中心凹陷。

进一步的，所述吸能构件和横梁的壁厚均小于中空立柱的壁厚。

进一步的，所述路基安装端的截面外径向所述吸能构件连接端的外径呈减小趋势。

进一步的，所述中空立柱包括一侧“∩”形结构和与“∩”形结构连接的闭合面，所述“∩”形结构的柱面与吸能构件匹配安装，靠近所述路基安装端的闭合面倾斜设置，靠近所述吸能构件连接端的闭合面竖直设置。

进一步的，所述中空立柱上套接有横向剪切诱导板，所述横向剪切诱导板从下向上叠放，且相邻的横向剪切诱导板紧密贴合。

进一步的，所述横向剪切诱导板包括间隔设置的横向诱导钢板和横向诱导橡胶板，所述横向诱导钢板和横向诱导橡胶板上设置有用于串接的串接孔，所述串接孔内插接有一压紧螺杆，所述压紧螺杆的一端向铁路桥梁延伸，另一端通过一与所述压紧螺杆匹配的锁紧螺母将横向诱导钢板和横向诱导橡胶板紧压在所述中空立柱上。

进一步的，所述吸能构件底部与所述路基的距离为600-800mm。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明用于高速铁路桥梁的半刚性护栏，当脱轨列车与护栏发生碰撞时，列车与半刚性护栏之间的撞击力相比于现有的混凝土式防护墙的撞击力有大幅度的下降，同时，中空立柱不会发生折断导致立刻失效，而是沿着诱导孔的位置，从上而下一层一层往外发生弹性-塑性变形，从而起到缓冲吸能，并且减少碰撞时的峰值作用力的效果，避免了刚性冲击，从而减少对乘客的二次伤害；进一步，由于脱轨列车与半刚性防护墙之间的撞击力下降，可以使得桥梁的设计载荷降低，从而降低桥梁建设成本。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例公开的用于高速铁路桥梁的半刚性护栏的中空立柱与立柱底座的连接轴测示意图；

图2是本发明第一实施例公开的用于高速铁路桥梁的半刚性护栏的主视示意图；

图3是本发明第一实施例公开的中空立柱和立柱底座的安装轴测示意图；

图4是本发明第一实施例公开的中空立柱碰撞受力变形模式示意图；

图5是本发明第一实施例公开的横向剪切诱导板在半刚性护栏上的安装轴测示意图；

图6是本发明第一实施例公开的横向剪切诱导板在中空立柱受到横向冲击时的变形示意图；

图7是本发明第一实施例公开的吸能构件的主视示意图；

图8是本发明第一实施例公开的用于高速铁路桥梁的半刚性护栏的连接示意图；

图9是本发明第二实施例公开的用于高速铁路桥梁的半刚性护栏的轴测示意图。

图例说明：

1、中空立柱；2、吸能构件；3、横梁；4、路基；5、路基安装端；6、吸能构件连接端；7、诱导孔；8、“∩”形结构；9、闭合面；10、立柱底座；11、连接孔；13、连接螺栓；14、预埋螺栓；15、安装平面；16、安装柱面；17、缓冲吸能面；18、横向剪切诱导板；19、横向诱导钢板；20、横向诱导橡胶板；21、串接孔；22、压紧螺杆；23、锁紧螺母；24、第一尺寸；25、第二尺寸。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

第一实施例：

如图1-图8所示，本发明公开了一种用于高速铁路桥梁的半刚性护栏，包括吸能构件2、横梁3(横梁3为双波梁结构)和中空立柱1，中空立柱1包括用于与高速铁路桥梁的路基4连接的路基安装端5和与吸能构件2连接(通过连接螺栓13紧固)的吸能构件连接端6，横梁3沿高速铁路桥梁方向通过连接螺栓13紧固在吸能构件2上，中空立柱1上沿横梁3长度方向贯通有诱导孔7，诱导孔7沿中空立柱1的长度方向依次设置，其中，诱导孔7包括平行于中空立柱1的长度方向的第一尺寸24和垂直中空立柱1的长度方向的第二尺寸25，第一尺寸24的尺寸大小小于第二尺寸25，即诱导孔7为长条形孔，其长度方向垂直于列车的运行方向，即沿着受冲击力的方向。在本实施例中，诱导孔7为矩形孔，且中空立柱1上一共有15个等间距20mm的诱导孔7，每一个诱导孔7长80mm，宽20mm，通过诱导孔7的设置，当列车脱离轨道撞向横梁3时，中空立柱1不会发生折断导致立刻失效，而是沿着诱导孔7的位置，从上而下一层一层往外发生弹性-塑性变形(参见图3有限元分析受力变形结果示意图)，从而通过诱导变形达到缓冲吸能的目的，并且减少碰撞时的峰值作用力的效果，避免了刚性冲击，从而减少对乘客的二次伤害。

在具体设置时，诱导孔7设置为其长度方向与中空立柱1的长度方向垂直，且诱导孔7设置于吸能构件2的下方，从而保证其弹性-塑性变形发生在诱导孔7的位置。

在本实施例中，当碰撞发生时，考虑到中空立柱1越靠近路基4所受的弯矩越大，固在具体设置时路基安装端5的截面外径向吸能构件连接端6的外径呈减小趋势以保证路基安装端5具有较高的强度。其中，中空立柱1包括一侧“∩”形结构8和与“∩”形结构8连接的闭合面9，“∩”形结构8的柱面部与吸能构件2匹配安装，靠近路基安装端5的闭合面9倾斜设置，靠近吸能构件连接端6的闭合面9竖直设置，同时，中空立柱1的底部固接有立柱底座10，立柱底座10位于中空立柱1的外沿均布有连接孔11，并且通过预埋在路基4上的预埋螺栓14固定在路基4上。

在本实施例中，为了适应高速列车高质量高速度的特点，本实施例的半刚性护栏的壁厚较大，其中中空立柱1的壁厚为8-12mm，吸能构件2和横梁3的壁厚为7-9mm，当碰撞发生时，吸能构件2和横梁3先后变形缓冲吸能，然后中空立柱1再发生沿着诱导孔7的位置，从上而下一层一层往外发生弹性-塑性变形，从而使整个碰撞防护过程的反作用于列车上的力呈缓慢逐渐增大的趋势，进而减少碰撞初期峰值力的大小以及碰撞发生后的反作用力的突变，从而对乘客起到更好的保护作用，在具体材料选用时，吸能构件2、横梁3和中空立柱1材料为Q345。

在本实施例中，吸能构件2底部与立柱底座10所在的路基4的距离为700mm，从而控制列车脱轨时其车头刚好与吸能构件2接触碰撞。

在本实施例中，如图7所示，为了能更好的实现缓冲吸能效果，即通过塑性变形吸收冲击动能，吸能构件2包括与横梁3连接的安装平面、与中空立柱1连接的安装柱面16和位于吸能构件2两侧的缓冲吸能面17，缓冲吸能面17向吸能构件2的中心凹陷，一旦列车脱轨，车头撞向护栏，由于缓冲吸能面17已经向中心凹陷，从而同样起到诱导形变的作用，即可以控制碰撞的初始变形过程，进而使碰撞的初期峰值力大小可控，使车体所受到的冲击力呈逐渐增大的过程，减少碰撞初期的峰值力。

为了进一步提高中空立柱1的横向抗剪切能力，中空立柱1上套接有横向剪切诱导板18，如图1、5和6所示，横向剪切诱导板18从下向上叠放，且相邻的横向剪切诱导板18紧密贴合。在本实施例中，横向剪切诱导板18包括间隔设置的横向诱导钢板19和横向诱导橡胶板20，其中采用三块横向诱导钢板19间隔一块横向诱导橡胶板20设置的方式，横向诱导钢板19和横向诱导橡胶板20上设置有用于串接的串接孔21，串接孔21内插接有一压紧螺杆22，压紧螺杆22的一端埋向铁路桥梁延伸，另一端通过一与压紧螺杆22匹配的锁紧螺母23将横向诱导钢板19和横向诱导橡胶板20紧压在中空立柱1上，当中空立柱1遭受到较大的横向冲击变形时，横向诱导钢板19和横向诱导橡胶板20一方面能够实现诱导变形而不至于直接弯曲断裂破坏，也能够实现从上到下一层一层的变形，同时，由于横向诱导钢板19和横向诱导橡胶板20通过锁紧螺母23紧压，变形的过程中，横向诱导钢板19和横向诱导橡胶板20(其设置能够显著增大横向诱导钢板19在横向位移时的摩擦力)之间会发生摩擦，从而将横向冲击转化为摩擦内能，进一步实现缓冲吸能的效果。

第二实施例：

如图9所示，在本实施例中，横向剪切诱导板18仅包括沿着中空立柱1叠加的横向诱导钢板19(同样通过压紧螺杆22串接固定到立柱底座10上或者路基上)，当中空立柱1遭受到较大的横向冲击变形时，横向诱导钢板19同样一方面能够实现诱导变形而不至于直接破坏，也能够实现从上到下一层一层的变形，同时，由于横向诱导钢板19在变形的过程中，横向诱导钢板19之间会发生摩擦，从而将横向冲击转化为摩擦内能，同样实现缓冲吸能的效果，特别的，由于横向诱导钢板19在竖直方向叠加，从而刚性增大，抗弯矩能力更强，横向诱导钢板19更加倾向于横向剪切方向的位移，而不是相对立柱底座10的弯曲，进而避免中空立柱1在冲击过程中弯曲变形的突变而断裂，保证有效的逐层诱导变形，进而能够吸收更多的碰撞冲击能量。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于高速铁路桥梁的半刚性护栏，其特征在于，包括横梁(3)和中空立柱(1)，所述中空立柱(1)包括用于与高速铁路桥梁的路基(4)连接的路基安装端(5)和与横梁(3)连接的吸能构件连接端(6)，所述横梁(3)沿高速铁路桥梁延伸方向安装在所述吸能构件连接端(6)，所述中空立柱(1)上沿所述横梁(3)的长度方向贯通有诱导孔(7)，所述诱导孔(7)沿所述中空立柱(1)的长度方向依次设置。

2.根据权利要求1所述的用于高速铁路桥梁的半刚性护栏，其特征在于，所述诱导孔(7)包括平行于所述中空立柱(1)的长度方向的第一尺寸(24)和垂直所述中空立柱(1)的长度方向的第二尺寸(25)，所述第一尺寸(24)小于第二尺寸(25)。

3.根据权利要求2所述的用于高速铁路桥梁的半刚性护栏，其特征在于，所述诱导孔(7)为腰型孔或矩形孔或椭圆形孔。

4.根据权利要求3所述的用于高速铁路桥梁的半刚性护栏，其特征在于，还包括一呈筒状的吸能构件(2)，所述吸能构件(2)包括与所述横梁(3)连接的安装平面(15)、与所述中空立柱(1)连接的安装柱面(16)和位于所述吸能构件(2)两侧的缓冲吸能面(17)，所述缓冲吸能面(17)向所述吸能构件(2)的中心凹陷。

5.根据权利要求4所述的用于高速铁路桥梁的半刚性护栏，其特征在于，所述吸能构件(2)和横梁(3)的壁厚均小于中空立柱(1)的壁厚。

6.根据权利要求4所述的用于高速铁路桥梁的半刚性护栏，其特征在于，所述路基安装端(5)的截面外径向所述吸能构件连接端(6)的外径呈减小趋势。

7.根据权利要求4-6任一所述的用于高速铁路桥梁的半刚性护栏，其特征在于，所述中空立柱(1)包括一侧“∩”形结构(8)和与“∩”形结构(8)连接的闭合面(9)，所述“∩”形结构(8)的柱面与吸能构件(2)匹配安装，靠近所述路基安装端(5)的闭合面(9)倾斜设置，靠近所述吸能构件连接端(6)的闭合面(9)竖直设置。

8.根据权利要求1-6任一所述的用于高速铁路桥梁的半刚性护栏，其特征在于，所述中空立柱(1)上套接有横向剪切诱导板(18)，所述横向剪切诱导板(18)从下向上叠放，且相邻的横向剪切诱导板(18)紧密贴合。

9.根据权利要求8所述的用于高速铁路桥梁的半刚性护栏，其特征在于，所述横向剪切诱导板(18)包括间隔设置的横向诱导钢板(19)和横向诱导橡胶板(20)，所述横向诱导钢板(19)和横向诱导橡胶板(20)上设置有用于串接的串接孔(21)，所述串接孔(21)内插接有一压紧螺杆(22)，所述压紧螺杆(22)的一端向铁路桥梁延伸，另一端通过一与所述压紧螺杆(22)匹配的锁紧螺母(23)将横向诱导钢板(19)和横向诱导橡胶板(20)紧压在所述中空立柱(1)上。

10.根据权利要求4-6任一所述的用于高速铁路桥梁的半刚性护栏，其特征在于，所述吸能构件(2)底部与所述路基(4)的距离为600-800mm。