CZ27750U1

CZ27750U1 - Silniční záchytný prvek s obsahem polymerních vláken

Info

Publication number: CZ27750U1
Application number: CZ2014-30371U
Authority: CZ
Inventors: Jan Rašovský
Original assignee: Cs- Beton S.R.O.
Priority date: 2014-12-03
Filing date: 2014-12-03
Publication date: 2015-01-26
Also published as: SK7920Y1; SK501132015U1

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká konstrukce a složek prefabrikovaných betonových svodidel tvořících silniční záchytný systém, kde jednotlivá betonová svodidla jsou kromě ocelového táhla a spojek spojujících jednotlivé prvky systému tvořena betonem s polymemími vlákny, která tak utváří rozptýlenou výztuž a zajišťují ponárazovou soudržnost systému při nárazu těžkého vozidla do systému.

Dosavadní stav techniky

V současné době se silniční záchytné systémy z betonových svodidel provádějí ve dvou technických variantách.

Prvním řešením je silniční záchytný systém zhotovovaný monoliticky pomocí speciálního stroje in šitu. Při betonáži prvků tohoto systému jev horní části prvku nataženo ocelové spletené lano, zbylá část svodidla je vytvořena pomocí vibračního stroje, který protlačuje Čerstvou betonovou směs skrze specificky tvarovanou formu při působení vibrace, čímž je zaručeno řádné zhutnění betonu. Tak je zajištěno umístění lana v požadované pozici a beton je vytvarován do požadovaného příčného tvaru systému. Po ukončení fáze tuhnutí a v průběhu fáze tvrdnutí je do záchytného systému proříznut spárořez, který předdefinuje polohu smršťovacích trhlin. Takto vzniká lineární bariéra přesně definované délky bez spojovacích prvků. V průběhu nárazu vozidla do tohoto systému je vyvolána tahová síla v ocelovém lanu, která je přenášena v podélné ose systému do částí dále od místa nárazu. Protože u tohoto systému dochází k minimálnímu posunu svodidla, jsou nárazy do silničních záchytných systémů tvořených monolitickými betonovými svodidly velmi prudké. To je vyjádřeno vysokým indexem prudkosti nárazu. Při prudkém nárazu se extrémní množství kinetické energie vozidla v extrémně krátkém čase přenese do svodidla. Tím dochází k destrukci prvku a k odletování částí svodidla. Takto tvořený systém je nepřemístitelný.

Druhým řešením je silniční záchytný systém tvořený betonovými prefabrikáty. Betonové prefabrikáty délky až 16 m jsou vyráběny ve výrobnách z železobetonu. Prvek tvoří masivní ocelový systém - táhlo - a ocelová výztuž tvořená vhodně tvarovanými výztužnými žebírkovými pruty a/nebo svařovanými sítěmi z žebírkových prutů. Systém výztužných ocelových prutů zajišťuje při nárazu vozidla globální soudržnost dílce a současně přenos vnitřních sil do táhla, které pomocí spoje zabezpečuje přenos těchto sil do okolních prvků a tím spolupůsobení celé konstrukce silničního záchytného systému z prefabrikovaných betonových svodidel. Z hlediska statického modelu se systém při nárazu chová jako řetězovka, to znamená jako systém tuhých článků, které představují betonové dílce, spojených polotuhými klouby představující spojky prvků. Tím v místě nárazu dochází k posunu dílců a průhybu systému, kdy posunem jednoho dílce je vyvolána síla na okolní dílce, jejichž reakcí je posun a vyvolání síly v sousedních prvcích. Tím dochází k postupnému posunu dalších a dalších dílců a postupnému maření energie, tj. k jejímu roznášení a pohlcování materiálem. Prvky se mohou na rozdíl od předchozího systému navzájem natočit. Systém je tedy výrazně méně tuhý, čímž je eliminována prudkost nárazu. Vzhledem k rychlosti nárazu a lokálnímu působení síly není eliminován problém destrukce prvku a odletování částí svodidla. S ohledem na problematiku krytí výztuže betonem, kdy výztuž v betonu musí překrývat minimální krycí vrstva betonu, aby nedocházelo ke korozi výztuže, není možné vyztužit dílce prutovou výztuží tak, aby při nárazu vozidla nedocházelo k oddělování kusů betonu a jejich nahodilému odletování.

Podstata technického řešení

Nevýhody současného stavu techniky popsaného výše odstraňuje do značné míry technické řešení spočívající v silničním záchytném prvku, zejména prefabrikovaných betonových svodidel, a

- 1 CZ 27750 U1 soustavě těchto prvků, kde záchytný prvek obsahuje polymemí vlákna, která zabraňují odletování drobných kousků betonu při nárazu / roztříštění a činí tak prvek mechanicky soudržný, avšak poddajný s ohledem na požadovanou míru deformace a pohlcení energie vznikající při nárazu.

Při nárazu do silničních záchytných systémů platí zákon zachování energie. Při návrhu je nutné pokusit se umořit co nejvíce energie, aby náraz byl co nejméně prudký. Těžké vozidlo pohybující se velkou rychlostí má vysokou kinetickou energii. Tato energie se při nárazu rozdělí do několika složek:

- První tvoří zbytková kinetická energie vozidla, které je při nárazu odkloněno a pokračuje dál po trajektorii předurčené podélnou osou silničního záchytného systému. Tento způsob maření energie je komplikovaný, protože strašně závisí na tvaru vozidla a úhlu jeho nárazu.

- Druhou složku tvoří kinetická energie svodidla, které se posune ve směru nárazu a zároveň popotáhne ostatní prvky připojené pomocí spojek. Tření mezi podkladní zpevněnou plochou a spodkem svodidla postupně umoří tuto kinetickou složku a přemění ji na energii tepelnou. Při této akci se uplatní klasické vyztužení pomocí ocelových lan, táhel, ocelových výztužných prutů a sítí, označených též jako žebříková výztuž. Tento způsob maření energie je předem definovatelný a to tuhostí spoje prvků. Jeho nevýhodou je, že při měkkém spoji dochází k velkému průhybu systému a špatnému usměrnění výjezdu vozidla po nárazu, kdy se vozidlo odrazí zpět pod velkým úhlem a ohrozí vozidla v okolních pruzích. Při vysoké tuhosti spojů a/nebo systému dochází k malému průhybu systému a k velmi prudkému nárazu.

- Třetí složka energie se zmaří vlivem destrukce materiálu, tj. popraskáním betonu. Tento způsob je nej efektivnější způsob mařeni energie, protože nezpůsobuje nadměrný průhyb. Problémem je, že beton je křehký a při jeho prasknutí dojde k oddělení kusu betonu. Ten může odletět a proniknout do kabiny narážejícího vozidla a/nebo do kabiny ostatních vozidel. Z toho důvodu je nutno zajistit postresovou soudržnost prvků. Pro nej efektivnější způsob je nutno zajistit co největší popraskání betonu, a zároveň nesmí dojít k oddělení kusu betonu ze svodidla.

Tímto užitným vzorem je navrženo, aby silniční záchytný prvek z betonu obsahoval rovněž rozptýlená polymemí vlákna, která nebrání prasknutí betonu, ale dojde k jejich protažení a nedojde k odtržení kusu betonu od svodidla.

Vlastní náraz se odehrává velice rychle. Použití polymemích vláken jako všesměmé rozptýlené výztuže betonu dokáže prodloužit dobu, kdy svodidlo odolává nárazu a protáhnout čas, po který dochází k maření energie. Výhodou je schopnost vláken protáhnout se. Polymemí vlákna jsou schopna řádově vyšší délkové deformace než beton.

Toto technické řešení navrhuje vytvořit záchytný prvek vhodnou kombinací materiálů, přičemž zahrnuje cement, kamenivo, provzdušňující přísady, plastifikační přísady, a polymemích vláken, pomocí nichž je vytvořena čerstvá betonová směs, která má požadované vlastnostmi. Tato směs zahrnuje 2 kg/m³ polymemích vláken vyhovující harmonizované ČSN EN 14889-2. Tato vlákna zajišťují rázové odolnosti při dynamickém zatížení nad 6,0 MPa, hustotu 0,91 kg/dm³ s bodem vzplanutí 165 °C a tato vlákna se osvědčila jako nejlépe ukotvený systém vláken ve vlastní struktuře betonu. Byla optimalizována jejich délka na 30 mm. Tato délka zajišťuje nejvyšší hodnoty při dynamických rázových zkouškách a zároveň neomezuje zpracovatelnost čerstvé betonové směsi při výrobě.

Pro daný systém jsou použitelná vlákna délky 20 mm až 80 mm. Vlákna kratší než 20 mm není možné dostatečně kvalitně zakotvit v matrici materiálu betonu a dochází k jejich vytrhávání při zatížení a tím k redukci soudržnosti prvku. Vlákna delší než 80 mm je problematické rovnoměrně rozmíchat v betonové směsi a výrazně omezují zpracovatelnost čerstvé betonové směsi při ukládání do forem. Jako optimální se ukázala délka vláken 50 mm.

Polypropylenová vlákna se nalézají rovnoměrně, izotropně rozptýlena v betonové směsi. Tím je vytvořena vnitřní všesměmá struktura.

-2CZ 27750 U1

Výhodně použitá receptura betonové směsi:

Cement CEM152,5 R	360 kg/m³
Kamenivo frakce 0/4	898 kg / m³
Kamenivo frakce 4/8	575 kg/m³
Kamenivo frakce 8/16	257 kg/m³
Provzdušňující přísada	1,05 kg/m³
Superplastifikační přísada	3,6 kg / m³
Polymemí vlákno délky 50 mm	2,0 kg / m³
Záměsová voda	157 kg/m³

Provzdušňující přísada a superplastifikační přísada zajišťují zpracovatelnost a odolnost proti povětrnostním vlivům a lze je různě modifikovat. Pro účel technického řešení nejsou rozhodující.

Příklady provedení technického řešení

Příklad 1

Silniční záchytný prvek podle tohoto technického řešení je vytvořen z níže popsané směsi a ob15 sáhuje polymemí vlákna o délce 50 mm v množství 2 kg vláken na 1 m³ směsi, přičemž směs pro vytvoření záchytného prvku je dále tvořena následujícími složkami:

Cement CEMI 52,5 R Kamenivo frakce 0/4 Kamenivo frakce 4/8

Kamenivo frakce 8/16 Provzdušňující přísada Superplastifikační přísada Záměsová voda

360 kg / m³

898 kg/m³

575 kg / m³

257 kg / m³1,05 kg/m³

3,6 kg/m³

157 kg/m³.

Příklad 2

Silniční záchytný prvek vytvořený ze směsi dle vhodné varianty provedení podle příkladu 1 je prefabrikované betonové svodidlo posuvné oboustranné výšky 1,20 m. Šířka v hlavě svodidla je 0,15 m, v patě 0,695 m. Jde o svodidlo s tyčí o průměru 35 mm tzn., že nosný systém tvoří tyč, která je umístěna v horní části svodidla. Tyč je z oceli 4ZCrMo4+QT. Mimo to svodidlo obsahuje i betonářskou výztuž. Zámek tvoří kloubová spojka. Tyč má na obou koncích závit a na 30 tento závit je před betonáží našroubovaná trubka s vnitřním závitem. Tyto trubky lícují s betonem kapsy. Po osazení dílců k sobě se do trubek ve svodidlu našroubují šrouby s kulovou hlavou a převlečnou maticí. Svodidlo bylo vyrobeno z betonu C45/55 XF4. Tvar příčného řezu svodidla odpovídá po obou stranách tvaru New Jersey dle TP 139. Délka dílců je 3,995 m. Na jedné straně má čelo drážku a na druhé straně pero.

Příklad 3

Silniční záchytný prvek vytvořený ze směsi dle vhodné varianty provedení podle příkladu 1 je prefabrikované betonové svodidlo posuvné oboustranné výšky 1,00 m. Šířka v hlavě svodidla je 0,15 m, v patě 0,695 m. Jde o svodidlo s tyčí o průměru 35 mm tzn., že nosný systém tvoří tyč, která je umístěna v horní části svodidla. Tyč je z oceli 4ZCrMo4+QT. Mimo to svodidlo obsa40 huje i betonářskou výztuž. Zámek tvoří kloubová spojka. Tyč má na obou koncích závit a na tento závit je před betonáží našroubovaná trubka s vnitřním závitem. Tyto trubky lícují s betonem kapsy. Po osazení dílců k sobě se do trubek ve svodidlu našroubují šrouby s kulovou hlavou a převlečnou maticí. Svodidlo bylo vyrobeno z betonu C45/55 XF4. Tvar příčného řezu svodidla

-3CZ 27750 U1 odpovídá po obou stranách tvaru New Jersey dle TP 139. Délka dílců je 3,995 m. Na jedné straně má čelo drážku a na druhé straně pero.

Příklad 4

Silniční záchytný prvek vytvořený ze směsi dle vhodné varianty provedení podle příkladu 1 je prefabrikované betonové svodidlo posuvné oboustranné výšky 0,80 m. Šířka v hlavě svodidla je 0,15 m, v patě 0,695 m. Jde o svodidlo s tyčí o průměru 35 mm tzn., že nosný systém tvoří tyč, která je umístěna v horní části svodidla. Tyč je z oceli 4ZCrMo4+QT. Mimo to svodidlo obsahuje i betonářskou výztuž. Zámek tvoří kloubová spojka. Tyč má na obou koncích závit a na tento závit je před betonáží našroubovaná trubka s vnitřním závitem. Tyto trubky lícují s betonem kapsy. Po osazení dílců k sobě se do trubek ve svodidlu našroubují šrouby s kulovou hlavou a převlečnou maticí. Svodidlo bylo vyrobeno z betonu C45/55 XF4. Tvar příčného řezu svodidla odpovídá po obou stranách tvaru New Jersey dle TP 139. Délka dílců je 3,995 m. Na jedné straně má čelo drážku a na druhé straně pero.

Příklad 5

Silniční záchytný prvek vytvořený ze směsi dle vhodné varianty provedení podle příkladu 1 je prefabrikované betonové svodidlo posuvné jednostranné výšky 1,20 m. Šířka v hlavě svodidla je 0,15 m, v patě 0,695 m. Jde o svodidlo s tyčí o průměru 35 mm tzn., že nosný systém tvoří tyč, která je umístěna v horní části svodidla. Tyč je z oceli 4ZCrMo4+QT. Mimo to svodidlo obsahuje i betonářskou výztuž. Zámek tvoří kloubová spojka. Tyč má na obou koncích závit a na tento závit je před betonáží našroubovaná trubka s vnitřním závitem. Tyto trubky lícují s betonem kapsy. Po osazení dílců k sobě se do trubek ve svodidlu našroubují šrouby s kulovou hlavou a převlečnou maticí. Svodidlo bylo vyrobeno z betonu C45/55 XF4. Tvar příčného řezu svodidla odpovídá po obou stranách tvaru New Jersey dle TP 139. Délka dílců je 3,995 m. Na jedné straně má čelo drážku a na druhé straně pero.

Příklad 6

Silniční záchytný prvek vytvořený ze směsi dle vhodné varianty provedení podle příkladu 1 je prefabrikované betonové svodidlo posuvné jednostranné výšky 1,00 m. Šířka v hlavě svodidla je 0,15 m, v patě 0,695 m. Jde o svodidlo s tyčí o průměru 35 mm tzn., že nosný systém tvoří tyč, která je umístěna v horní části svodidla. Tyč je z oceli 4ZCrMo4+QT. Mimo to svodidlo obsahuje i betonářskou výztuž. Zámek tvoří kloubová spojka. Tyč má na obou koncích závit a na tento závit je před betonáží našroubovaná trubka s vnitřním závitem. Tyto trubky lícují s betonem kapsy. Po osazení dílců k sobě se do trubek ve svodidlu našroubují šrouby s kulovou hlavou a převlečnou maticí. Svodidlo bylo vyrobeno z betonu C45/55 XF4. Tvar příčného řezu svodidla odpovídá po obou stranách tvaru New Jersey dle TP 139. Délka dílců je 3,995 m. Na jedné straně má čelo drážku a na druhé straně pero.

Příklad 7

Silniční záchytný prvek vytvořený ze směsi dle vhodné varianty provedení podle příkladu 1 je prefabrikované betonové svodidlo posuvné jednostranné výšky 0,80 m. Šířka v hlavě svodidla je 0,15 m, v patě 0,695 m. Jde o svodidlo s tyčí o průměru 35 mm tzn., že nosný systém tvoří tyč, která je umístěna v horní části svodidla. Tyč je z oceli 4ZCrMo4+QT. Mimo to svodidlo obsahuje i betonářskou výztuž. Zámek tvoří kloubová spojka. Tyč má na obou koncích závit a na tento závit je před betonáží našroubovaná trubka s vnitřním závitem. Tyto trubky lícují s betonem kapsy. Po osazení dílců k sobě se do trubek ve svodidlu našroubují šrouby s kulovou hlavou a převlečnou maticí. Svodidlo bylo vyrobeno z betonu C45/55 XF4. Tvar příčného řezu svodidla odpovídá po obou stranách tvaru New Jersey dle TP 139. Délka dílců je 3,995 m. Na jedné straně má čelo drážku a na druhé straně pero.

-4CZ 27750 U1

Průmyslová využitelnost

Silniční záchytný prvek dle tohoto technického řešení a soustava těchto prvků jsou využitelné k usměrnění pohybu vozidel a chodců, dále k přesměrování neovládaných vozidel při současném zabránění odletování kusů betonu. Nachází uplatnění především na dálnicích ve středových pruzích, na krajnicích, na pozemních komunikacích, ve městech, na chráněných přechodech.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims

1. Silniční záchytný prvek z betonu, vyznačující se tím, že obsahuje polymemí vlákna do betonu s elastickou funkcí, která jsou rovnoměrně rozptýlena a homogenizována v betonové směsi.

2. Silniční záchytný prvek podle nároku 1, vyznačující se tím, že délka polymerního vlákna je v rozmezí 20 mm až 80 mm, hustoty 0,91 kg/dm³, pevnosti v tahu převyšující 500 MPa o statickém modulu pružnosti v intervalu 4 až 6MPa, bodu vzplanutí 165 °C a Youngův modul pružnosti činí 5 GPa.

3. Silniční záchytný prvek podle nároku 1, vyznačující se tím, že délka polymerního vlákna je výhodně 50 mm.

4. Silniční záchytný prvek podle kteréhokoli z nároků laž3, vyznačující se tím, že polymemí vlákna jsou elastická s možnou řádově vyšší délkovou deformací než prostý beton.

5. Silniční záchytný prvek podle kteréhokoli z nároků laž4, vyznačující se tím, že je vytvořen ze směsi zahrnující na množství 1 m³ směsi: