NO325255B1

NO325255B1 - Rod, especially for use as a road mast.

Info

Publication number: NO325255B1
Application number: NO20050868A
Authority: NO
Inventors: Kjell Arne Malo; Havar Ilstad
Original assignee: Euromast As
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2008-03-10
Also published as: WO2006093415A1; NO20050868L; EP1848860A1; NO20050868D0

Abstract

Hul stangkonstruksjon ved oppsetting av stolpekonstruksjoner, rekkverk, skillekonstruksjoner og lignende for bruk ved trafikkårer, som er innrettet for å ha stor statisk styrke og stivhet ved normal bruk og samtidig være ettergivende og energiabsorberende når konstruksjonen utsettes for en lokal belastning i tverretningen. Ved slagartet treff på stangkonstruksjonen vil rørveggen bli trykket sammen og det settes opp en "sammentrykningsbølge" som propagerer meget lett i stangkonstruksjonen lengderetninger. Sammentrykningsbølgen etterlater seg et flatklemt tverrsnittsprofil som lett lar seg bøye rundt eksempelvis en bil. Det benyttes en spesiell kombinasjon av materialegenskaper og geometrisk utforming av stangtverrsnittet ved at rørveggens tykkelse t skal ligge i intervallet beregnet av hvor tykkelsen t og diameteren D har enhet millimeter og materialets flytespenning s0 gis i enheten N/mm2, samtidig som forholdet mellom diameter D og rørveggens tykkelse t ligger i intervallet beregnet av hvor E er materialets elastisitetsmodul (Young's modulus) gitt i samme enhet som materialets flytespenning s0.Hollow bar construction when erecting post structures, handrails, partitions and the like for use in traffic jams, which are designed to have high static strength and stiffness in normal use and at the same time be resilient and energy absorbing when the structure is subjected to a local load in the transverse direction. During impact on the rod structure, the pipe wall will be compressed and a "compressional wave" is set up which propagates very easily in the rod structure longitudinally. The compression wave leaves a flat clamped cross-sectional profile that can easily be bent around, for example, a car. A special combination of material properties and geometric design of the bar cross-section is used in that the thickness t of the pipe wall must be in the interval calculated from where the thickness t and the diameter D have unit millimeters and the material flow stress is given in the unit N / mm2, while the ratio between diameter D and the thickness t of the pipe wall lies in the interval calculated by where E is the material's modulus of elasticity (Young's modulus) given in the same unit as the material's yield stress s0.

Description

Stang, særlig for bruk som vegmast Rod, especially for use as a road mast

Oppfinnelsen gjelder en ettergivende stang som angitt i innledningen til patentkrav 1, til bruk ved oppsetting av eksempelvis belysning, trafikk- eller vegskilt, reklameplakater, lyssignal, hel- og halvportaler og lignende maste- og stolpekonstruksjoner for bruk ved trafikkårer eller som bestanddel i andre komponenter som skal knekke eller være ettergivende og ta opp støtenergi etter angitte kriterier. The invention relates to a yielding rod as stated in the introduction to patent claim 1, for use when setting up e.g. lighting, traffic or road signs, advertising posters, light signals, full and half portals and similar mast and post constructions for use in traffic lanes or as a component in other components which must break or be yielding and absorb impact energy according to specified criteria.

Bakgrunn for oppfinnelsen Background for the invention

Lysmaste r, skilt og lignende konstruksjoner inngår i dag i et helhetlig trafikkmiljø. Slike stenger er typisk montert til et fundament i betong, stål, til andre konstruksjoner eller lignende og må dimensjoneres for å tåle både sin egen vekt og naturlaster som snø og vind og andre laster. Dette medfører at de kan få svært uheldige egenskaper med hensyn på stivhet og deformasjonsegenskaper i en påkjørsel av et kjøretøy eller andre mobile objekter. Den økende prioriteringen av trafikksikkerhet i mange land har ført til at også trafikkmiljøet søkes utformet slik at det gir passiv sikkerhet for trafikanter. I forbindelse med dette er det utarbeidet en Europeisk norm for testing og godkjenning av ettergivende vegutstyr: NS-EN 12767 Passive safety of support structures for road equipment. Denne standarden stiller krav til at trafikkutstyr skal være ettergivende og i hovedsak energiabsorberende. Ettergivende master klassifiseres etter deres energiabsorberende evne i følgende klasser: Light masts, signs and similar structures are today part of a comprehensive traffic environment. Such rods are typically mounted to a foundation in concrete, steel, to other constructions or the like and must be sized to withstand both their own weight and natural loads such as snow and wind and other loads. This means that they can have very unfavorable properties with regard to stiffness and deformation properties in a collision with a vehicle or other mobile objects. The increasing prioritization of traffic safety in many countries has led to the traffic environment also being sought to be designed so that it provides passive safety for road users. In connection with this, a European standard has been drawn up for testing and approval of compliant road equipment: NS-EN 12767 Passive safety of support structures for road equipment. This standard requires traffic equipment to be compliant and mainly energy absorbing. Resilient masts are classified according to their energy-absorbing ability in the following classes:

HE: Høyt energiabsorberende HE: Highly energy absorbing

LE: Lavt energibasorberende LE: Low energy absorption

NE: Ikke energiabsorberende NE: Not energy absorbing

I HE klassen skal et kjøretøy fanges opp og retarderes kontrollert ned til en lav utslippshastighet ved hjelp av hovedsakelig energiabsorbsjon i den aktuelle trafikk-konstruksjonen. For LE klassen skal kjøretøyet også bremses kontrollert ned, men her er kravet til energiabsorbsjon mindre siden kravet til utslippshastighet er mindre strengt. Hvis kravene til utslippshastighet tilfredstilles, kan trafikkonstruksjonen deretter ryke og/eller slynges bort. Både for HE og LE klassen stilles det krav til at ingen løse deler skal slynges ut samt at ingen deler skal trenge inn i bilkupeen. I NE -klassen skal konstruksjonen kuttes umiddelbart ved treff og slynges bort. Dette kalles vanligvis for et "break-away" system eller en NE ettergivende konstruksjon. In the HE class, a vehicle must be caught and decelerated in a controlled manner down to a low emission speed using mainly energy absorption in the traffic structure in question. For the LE class, the vehicle must also be slowed down in a controlled manner, but here the requirement for energy absorption is less since the requirement for emission speed is less strict. If the emission rate requirements are met, the traffic structure can then collapse and/or be thrown away. For both the HE and LE classes, there is a requirement that no loose parts be flung out and that no parts penetrate the car compartment. In the NE class, the construction must be cut immediately on impact and thrown away. This is usually called a "break-away" system or a NE yielding construction.

Teknisk problem Technical problem

Innføringen av spesifikke krav til akselerasjons- og hastighetsnivåer både for passasjerer og bil medfører at storparten av de gamle utformingene av veiutstyr ikke lenger er, eller har muligheter for, å bli godkjent for bruk langs veiene. Kravene ved installasjon av for eksempel skiltmaster eller lysmaster er tilstrekkelig stivhet og statisk styrke for normale belastninger som eksempelvis vind, mens det ved påkjørsel kreves en stor grad av ettergivenhet og energiopptak. Dette er i prinsippet motstridende egenskaper. Den mest krevende egenskapen som skal tilfredstilles i ettergivende konstruksjoner, har vist seg å være den kontrollerte nedbremsingen av bilen som medfører at akselerasjonsnivået må holdes under et gitt nivå hele tiden mens det virker kontaktkrefter mellom bærestrukturen og villfarende bil. Selv meget små variasjoner i konstruktiv utførelse viser seg å kunne gi dramatiske og uakseptable utslag på akselerasjonsnivået. For at risikoen for skader hos fører og passasjerer i en villfarende bil skal holdes på et akseptabelt lavt nivå, må den ettergivende oppførselen til eksempelvis master kontrolleres i alle faser ved en påkjørsel, fra initiell treff til avsluttet oppbremsing av bil. Dette kan bare oppnås ved at energiopptaket og kraftoverføringen fra en mastelignende konstruksjon til en villfaren bil holdes innenfor snevre grenser. Dette har hittil ikke latt seg gjøre med en enkel og billig stang, men som det vil framgå av beskrivelsen nedenfor vil oppfinnelsen muliggjøre dette. The introduction of specific requirements for acceleration and speed levels for both passengers and cars means that the majority of the old designs of road equipment are no longer, or have the possibility of, being approved for use along the roads. The requirements for the installation of, for example, sign masts or light masts are sufficient stiffness and static strength for normal loads such as wind, while a large degree of compliance and energy absorption is required in the event of a collision. These are, in principle, contradictory properties. The most demanding property to be satisfied in compliant constructions has proven to be the controlled braking of the car, which means that the acceleration level must be kept below a given level at all times while there are contact forces between the supporting structure and the errant car. Even very small variations in the design can have dramatic and unacceptable effects on the level of acceleration. In order for the risk of injury to the driver and passengers in a wayward car to be kept at an acceptably low level, the yielding behavior of, for example, masters must be controlled in all phases of a collision, from the initial impact to the final braking of the car. This can only be achieved by keeping the energy absorption and power transmission from a mast-like structure to a stray car within narrow limits. This has so far not been possible with a simple and cheap rod, but as will be seen from the description below, the invention will make this possible.

Kjent teknikk Known technique

Det er kjent flere tekniske utforminger av stang som søker å løse dette problemet. Disse kan grupperes i følgende hovedkategorier: 1) Rørformede stenger med langsgående svekkelser i rørveggen i form av riller eller partier med sterkt reduserte tykkelser eller til og med åpne langsgående slisser, bare punktvis holdt sammen. Hensikten med rillene eller slissene er å svekke motstandkraften og/eller energiopptaket ved påkjørsel, samtidig med at en viss statisk styrke opprettholdes. Aktuelle varianter i denne kategorien er at avlange slisser eller riller plasseres i et mønster på skrå eller på tvers av stangkonstruksjonens lengdeakse. Rørveggen på disse utformingene består i prinsippet av en ett-sjikts rørvegg systematisk perforert slik at styrken blir betydelig redusert. Det spesielle er perforeringen. 2) Stenger som bygges opp som gitterkonstruksjoner eller fagverk med tynne stenger. Slike gitterkonstruksjoner kan også produseres ved hjelp av strekkmetall hvor strekkmetallet da blir gitterverket. Også disse utformingene kan anses å bestå i prinsippet av ett sjikt i "rørveggen" bestående avfagverk. 3) Stenger som består av innvendige forsterkningsstenger festet til en ytre hud eller en indre sammensatt fagverk/gitterkonstruksjon festet til en ytre hud eller dekkplater. Karakteristisk for disse konstruksjonene er at den ytre huden er altfor svak til at stangen kan fungere for statiske belastinger uten forsterkningene eller forgitringene. Den ytre huden kan ha en tiltenkt avstivende effekt på gitterkonstruksjoner!. Denne utformingen kan anses som en to-sjikts løsning av rørveggen. Several technical designs of rods are known which seek to solve this problem. These can be grouped into the following main categories: 1) Tubular bars with longitudinal weaknesses in the tube wall in the form of grooves or sections with greatly reduced thicknesses or even open longitudinal slits, held together only at points. The purpose of the grooves or slots is to weaken the resistance and/or energy absorption in the event of impact, while maintaining a certain static strength. Current variants in this category are that oblong slits or grooves are placed in a pattern at an angle or across the longitudinal axis of the rod structure. The pipe wall of these designs basically consists of a single-layer pipe wall systematically perforated so that the strength is significantly reduced. The special thing is the perforation. 2) Bars that are built up as lattice structures or trusses with thin bars. Such lattice constructions can also be produced using expanded metal, where the expanded metal then becomes the lattice work. These designs can also be considered to consist in principle of one layer in the "pipe wall" consisting of trusses. 3) Bars consisting of internal reinforcing bars attached to an outer skin or an internal composite truss/lattice structure attached to an outer skin or cover plates. Characteristic of these constructions is that the outer skin is far too weak for the bar to function for static loads without the reinforcements or gratings. The outer skin can have an intended stiffening effect on grid constructions!. This design can be considered a two-layer solution of the pipe wall.

Av kjent relevant teknikk fremheves følgende: The following is highlighted from known relevant technology:

Norsk patentskrift 160458 beskriver en stolpe med en mantel og stenger tilpasset for statisk samvirke med hverandre og hvilke er forbundet med hverandre slik at samvirket brytes når stanga utsettes for en lokal belastning av en forutbestemt størrelse i tverretningen. Det spesielle er at mantelen er utformet som et polygonalt legeme og framstilt ved ekstrudering. I hjørnene er det anordnet innvendige spor som danner bruddlinjer, og i det minste på noen av mantelens sider er det anordnet åpne kanaler avgrenset av tunger som rager innover. Stengene er anbrakt i kanalen, fortrinnsvis under forspenning fra klemtunger. I denne løsningen skal stengene og mantelen virke sammen for opptak av statiske laster og har ingen tiltenkt effekt ved påkjørsel. Denne konstruksjonen faller inn under hovedkategori 3, men med trekk også fra hovedkategori 1. Norwegian patent document 160458 describes a post with a mantle and rods adapted for static interaction with each other and which are connected to each other so that the interaction is broken when the rod is subjected to a local load of a predetermined size in the transverse direction. The special thing is that the mantle is designed as a polygonal body and produced by extrusion. In the corners, there are arranged internal grooves that form fracture lines, and at least on some of the sides of the mantle, there are arranged open channels delimited by tongues that project inwards. The rods are placed in the channel, preferably under pretension from clamping tongues. In this solution, the bars and the mantle must work together to absorb static loads and have no intended effect in the event of a collision. This construction falls under main category 3, but with features also from main category 1.

Lysmast fra Stahlsund OY, Finland. Denne konstruksjonen faller inn under hovedkategori 3. Light pole from Stahlsund OY, Finland. This construction falls under main category 3.

Lysmast fra AB Vårmforzinking, Sverige type ESV. Denne konstruksjonen faller inn under hovedkategori 3. Light mast from AB Vårmforzinking, Sweden type ESV. This construction falls under main category 3.

EP-B1-001964, som ses å oppvise en rørformet stang hvor rørtverrsnittet har slissede langsgående deformasjonssoner og en ytre hud for stabilisering av rørveggen. Denne utformingen har således trekk både fra hovedkategori 1 og 3 som beskrevet over. EP-B1-001964, which is seen to exhibit a tubular rod where the tube cross-section has slotted longitudinal deformation zones and an outer skin for stabilizing the tube wall. This design thus has features from both main categories 1 and 3 as described above.

WO-A1-97/21872, som ses å oppvise en stang av strekkmetall hvor en del av stangen har spesielle deformasjonssoner. Denne faller klart inn under hovedkategori 2 WO-A1-97/21872, which is seen to exhibit a rod of tensile metal where part of the rod has special deformation zones. This clearly falls under main category 2

DE-A1-2935618, som ses å oppvise en rørformet stang for gatebelysning, som ikke vedrører deformasjoner og energiopptak, men som er spesielt rettet mot forhold som vedrører lukeåpningen. Denne anses uaktuell som en mulig løsning på det tekniske problemet beskrevet over og kommenteres ikke nærmere. DE-A1-2935618, which is seen to exhibit a tubular rod for street lighting, which is not concerned with deformations and energy absorption, but which is specifically directed to conditions relating to the hatch opening. This is considered out of date as a possible solution to the technical problem described above and will not be commented on further.

GB-2268774-A som ses å oppvise en rørformet stang hvor rørtverrsnittet har flere dobbelte langsgående deformasjonssoner med vekselvis slisser og materiale. Denne stangen faller klart inn i hovedkategori 1. GB-2268774-A which is seen to exhibit a tubular rod where the tubular cross-section has several double longitudinal deformation zones with alternating slits and material. This rod clearly falls into main category 1.

US 3,853,418 oppviser en tynnvegget lettvektskonstruksjon produsert i kompositt med karbonfiber. Karbonfiberne holdes på plass av matrisematerialet, men ved en konsentrert lokal belastning vil karbonfiberne knekke og hele stolpen knuses derved og desintegrerer. Dette er et "break-away" eller NE system og gir ikke muligheter for energiopptak og derved nedbremsing av kjøretøy. US 3,853,418 discloses a thin-walled lightweight structure produced in composite with carbon fibre. The carbon fibers are held in place by the matrix material, but in the event of a concentrated local load, the carbon fibers will break and the entire post will thereby shatter and disintegrate. This is a "break-away" or NE system and does not provide opportunities for energy absorption and thus vehicle braking.

US 4,078,867 omhandler en kort markørstolpe uten installasjoner som lys, skilt og lignende. Denne gir ikke energiopptak, den er derimot ment å ikke oppta energi, men å oppvise ren elastisk oppførsel slik at opprinnelig form og posisjon kan gjenvinnes etter en påkjørsel. US 4,078,867 deals with a short marker post without installations such as lights, signs and the like. This does not absorb energy, on the other hand, it is intended not to absorb energy, but to exhibit purely elastic behavior so that its original shape and position can be recovered after a collision.

US 5,704,187 omhandler en metode for produksjon av komposittstolper hvor man tar hensyn til belastningen på stolpen i produksjonen slik at produksjonen kan optimaliseres med hensyn på statisk belastning, og hvor man krever at veggtykkelsen alltid skal være større enn 1.5% av diameteren for å unngå knekning. Stolpen er ikke gitt noen spesielle egenskaper med hensyn på påkjørsel eller ettergivenhet og har heller ikke dette som formål. US 5,704,187 deals with a method for the production of composite posts where the load on the post is taken into account during production so that the production can be optimized with regard to static load, and where it is required that the wall thickness should always be greater than 1.5% of the diameter to avoid buckling. The post has not been given any special properties with regard to impact or yielding, nor does it have this as its purpose.

WO 01/36750 A1 omhandler ei trafikkmast som festes til bakken ved at masteprofilet tres utenpå et annet festeprofil eller festeprofilene i bakken kan tres inn i hulrom i masteprofilet. Virkemåten er ment å være at masteprofilet får glidning i forhold til festeprofilene og det utvikles friksjon mellom profilene. Det spesielle her er friksjonssamvirket mellom festeprofilene og masteprofilet. WO 01/36750 A1 deals with a traffic mast which is fixed to the ground by threading the mast profile on the outside of another fastening profile or the fastening profiles in the ground can be threaded into cavities in the mast profile. The way it works is that the mast profile slips in relation to the fastening profiles and friction develops between the profiles. The special thing here is the frictional interaction between the fastening profiles and the mast profile.

Felles for alle kjente løsninger er at de er forholdsvise sammensatte strukturer som krever ganske kompliserte produksjonsprosesser. Dette medfører at de får en så høy kostnad for hver produsert enhet at det begrenser bruken av dem i trafikksikkerhetsarbeidet av økonomiske hensyn. Det er også klart for en fagmann at bruken av slisser og forgitringer kan reduser levetiden betraktelig siden dette gjør stengene sårbare for korrosjon. Bruk av lange slisser i stenger eller f ag verk med få knutepunkter er heller ikke noe heldig med tanke på utmattingsproblemer og kan dermed lett gi redusert levetid på grunn av problemer knyttet til spenningskonsentrasjoner og sprekkvekst. En vesentlig ulempe er det også at bruken av slissede konstruksjoner ofte gir for liten stivhet med hensyn på ordinære laster så som fra vind og snørydding og dermed altfor store utbøyninger. Slissede eller gitterforsterkede konstruksjoner er også kjent for å gi for liten torsjonsstivhet nødvendig ved for eksempel skiltmaster. Common to all known solutions is that they are relatively complex structures that require quite complicated production processes. This means that they receive such a high cost for each unit produced that it limits their use in traffic safety work for financial reasons. It is also clear to a person skilled in the art that the use of slots and gratings can reduce the service life considerably since this makes the rods vulnerable to corrosion. The use of long slots in bars or trusses with few nodes is also not a good idea in terms of fatigue problems and can thus easily result in a reduced service life due to problems related to stress concentrations and crack growth. A significant disadvantage is also that the use of slotted constructions often provides too little stiffness with regard to ordinary loads such as from wind and snow removal and thus excessively large deflections. Slotted or lattice-reinforced constructions are also known to provide too little torsional stiffness required for, for example, sign masts.

Formål Purpose

Hovedformålet med oppfinnelsen er å skape en ettergivende og energiabsorberende stang som fjerner eller reduserer betydelig, en eller flere av de ulempene som er nevnt foran. Et særlig formål er å skape en hul stang til bruk ved trafikkårer som ved en sideveis slagartet påvirkning er ettergivende og energiabsorberende samtidig som den har stor styrke og stivhet for ordinære belastninger som eksempelvis vind og snørydding. Et ytterligere formål er å skape en ettergivende hul stang med forutsigbare egenskaper både med hensyn på ettergivenhet, stivhet og styrke som ikke endrer seg over tid eller på grunn av ytre miljøforhold. Et spesielt formål er å skape en ettergivende stangkonstruksjon som er billig å produsere, installere og vedlikeholde og har lang levetid, og som kan tilfredsstille de krav som stilles til mastekonstruksjoner både av type HE og LE. The main purpose of the invention is to create a yielding and energy-absorbing rod which removes or significantly reduces one or more of the disadvantages mentioned above. A particular purpose is to create a hollow rod for use in traffic lanes which, in the event of a lateral impact, is yielding and energy-absorbing, while at the same time having great strength and stiffness for ordinary loads such as wind and snow removal. A further object is to create a yielding hollow rod with predictable properties both in terms of yielding, stiffness and strength that do not change over time or due to external environmental conditions. A particular purpose is to create a compliant rod construction that is cheap to manufacture, install and maintain and has a long life, and which can satisfy the requirements placed on mast constructions of both type HE and LE.

Oppfinnelsen The invention

Oppfinnelsen vil forbedre bruksegenskapene og redusere produksjonskostnadene ved ettergivende trafikkonstruksjoner og således bidra til økt passiv sikkerhet langs trafikkårene. Stenger utformet i henhold til oppfinnelsen er utprøvd med fullskalatesting og funnet å fungere i henhold til intensjonene bak oppfinnelsen. The invention will improve the usability and reduce the production costs of compliant traffic structures and thus contribute to increased passive safety along the traffic lanes. Rods designed according to the invention have been tested with full-scale testing and found to function according to the intentions behind the invention.

Oppfinnelsen løser det tekniske problemet beskrevet over ved bruk av en rørformet stang uten langsgående riller, slisser, eller innvendige forgitringer og/eller fagverk. Tverrsnittet av røret kan være sylindrisk, elliptisk eller ha polygonalt tverrsnitt. Den tekniske løsningen er gjort mulig ved hjelp av en spesiell kombinasjon av materialegenskaper og geometrisk utforming av stangtverrsnittet. Tverrsnittet behøver ikke å være konstant i stangens lengderetning. Material- og geometrikombinasjonen gitt nedenfor gir nødvendig statisk styrke med hensyn på normale laster så som vindkrefter og gravitasjonskrefter, samtidig som den gir ettergivende oppførsel ved eksempelvis påkjørsel av villfarne biler på en slik måte at kravene som stilles i eksempelvis EN 12767 Passive safety of support structures for road equipment tilfredstilles. The invention solves the technical problem described above by using a tubular rod without longitudinal grooves, slots, or internal gratings and/or trusses. The cross-section of the pipe can be cylindrical, elliptical or have a polygonal cross-section. The technical solution is made possible by a special combination of material properties and geometric design of the bar cross-section. The cross-section does not have to be constant in the longitudinal direction of the bar. The material and geometry combination given below provides the necessary static strength with regard to normal loads such as wind forces and gravitational forces, while at the same time it provides yielding behavior when, for example, being hit by stray cars in such a way that the requirements set in, for example, EN 12767 Passive safety of support structures for road equipment is satisfied.

I den delen av stangen som er konstruert for energiopptak skal, ifølge oppfinnelsen, en spesiell geometriske utforming av det rørformede tverrsnittet benyttes som kjennetegnes ved at: In the part of the rod that is designed for energy absorption, according to the invention, a special geometric design of the tubular cross-section must be used, which is characterized by:

Tykkelsen av rørveggen skal ligge innenfor intervallet gitt av: The thickness of the pipe wall must lie within the interval given by:

samtidig som rørveggens slankhet er begrenset av intervallet while the slenderness of the pipe wall is limited by the interval

Betydningen av symbolene er gitt av tabellen nedenfor. The meaning of the symbols is given by the table below.

Formlene gjelder for de fleste metalliske stenger og for rørtverrsnitt utformet med plastmaterialer eller andre materialer med en viss duktilitet. The formulas apply to most metallic rods and to pipe cross-sections designed with plastic materials or other materials with a certain ductility.

Det rørformede tverrsnittet kan ha lokale forsterkninger knyttet til et fundamentfeste, til en lukeåpning, til en eventuell skjøt av rørtverrsnittet i lengderetningen og til festing av utstyr slik som for eksempel veilysarmaturer eller trafikkskilt. The tubular cross-section can have local reinforcements connected to a foundation attachment, to a hatch opening, to a possible joint of the pipe cross-section in the longitudinal direction and to the attachment of equipment such as road lighting fixtures or traffic signs.

Det er også mulig å kombinere to (eller flere) forskjellige tykkelser av et materiale, eller to (eller flere) forskjellige materialer, eller to (eller flere) forskjellige tykkelser satt sammen av flere typer av materialer. Forutsetningen for slike kombinasjoner er at ikke virkemåten (deformasjonsmoden) til oppfinnelsen blokkeres. Hvis alle kombinasjoner av tykkelser og/eller materialer tilfredsstiller alle betingelsene i patentkrav 1, er dette kravet automatisk ivaretatt. It is also possible to combine two (or more) different thicknesses of a material, or two (or more) different materials, or two (or more) different thicknesses made up of several types of materials. The prerequisite for such combinations is that the operation (deformation mode) of the invention is not blocked. If all combinations of thicknesses and/or materials satisfy all the conditions in patent claim 1, this claim is automatically met.

Hvis en velger å utforme en del av stangens rørvegg slik at en eller flere av betingelsene i patentkrav 1 ikke er tilfredstilt, må en ta spesielle hensyn til plasseringen av slike deler i rørveggen. Disse bør da, for eksempel for vertikale stenger, plasseres enten i front mot for eksempel en påkjørende bil, eller på baksiden av stangen. Det må i slike tilfeller kontrolleres at en så vesentlig del av rørtverrsnittet tilfredsstiller betingelsene i patentkrav 1 at stangens deformasjonsmode ved en eventuell påkjørsel ikke hindres, men er kinematisk tillatt slik som beskrevet under overskriften "oppfinnelsens virkemåte". Valg av en slik mer spesiell utforming kan være aktuelt i tilfeller hvor man ønsker å gi stangen svært ulike retningsbestemte egenskaper. If one chooses to design a part of the rod's pipe wall so that one or more of the conditions in patent claim 1 are not satisfied, special consideration must be given to the placement of such parts in the pipe wall. These should then, for example for vertical bars, be placed either in front of, for example, an oncoming car, or at the back of the bar. In such cases, it must be checked that such a significant part of the pipe cross-section satisfies the conditions in patent claim 1 that the rod's deformation mode in the event of a collision is not hindered, but is kinematically permitted as described under the heading "mode of operation of the invention". Choosing such a more special design can be relevant in cases where you want to give the rod very different directional characteristics.

Oppfinnelsen vedrører den eller de delene av en stang som er konstruert for ettergivenhet og/eller energiopptak. Eksempelvis for en vertikal stolpelignende konstruksjon langs en trafikkåre gjelder dette vanligvis den nederste delen av stangen med lengde av størrelsesorden mellom en og to bil-lengder. Oppfinnelsen vil kunne tilfredstille kravene både til HE og LE systemer, men lengden (utstrekningen) av det energiopptakende partiet i stolpen vil normalt være forskjellig i de to tilfellene. Et HE system tilfredstiller automatisk et LE system, men ikke omvendt. The invention relates to the part or parts of a rod that are designed for compliance and/or energy absorption. For example, for a vertical pole-like structure along a traffic lane, this usually applies to the bottom part of the pole with a length of between one and two car lengths. The invention will be able to satisfy the requirements for both HE and LE systems, but the length (extent) of the energy-absorbing part of the post will normally be different in the two cases. An HE system automatically satisfies a LE system, but not vice versa.

Oppfinnelsens virkemåte Mode of operation of the invention

En rørformet stang utført i henhold til oppfinnelsen vil ha et tverrsnittsprofil som vil kunne gi tilstrekkelig styrke til å motstå normale belastninger så som gravitasjonskrefter og vindkrefter uten at tverrsnittsprofilen (rørveggen) knekker sammen og kollapser. A tubular rod made according to the invention will have a cross-sectional profile which will be able to provide sufficient strength to withstand normal loads such as gravitational forces and wind forces without the cross-sectional profile (pipe wall) breaking and collapsing.

Ved en eventuell påkjørsel av eksempelvis en villfaren bil, vil bilen trykke inn rørveggen og presse rørveggene sammen og rørtverrsnittet får en tilnærmet flat, ovalisert tverrsnittsform eller en tverrsnittsform lignende på ett åttetall. Den flate tverrsnittsformen medfører at stangen med relativt små krefter kan bøyes rundt fronten på en villfaren bil. Hvis kravene i patentkrav 1 av oppfinnelsen er tilfredstilt vil denne kollapsen av rørtverrsnittet bli som en deformasjonsbølge som lett propagerer i lengderetningen av den energiabsorberende delen av stangen. Energiforbruket som denne utflatingen av rørtverrsnittet og samt bøyningen av stangen rundt en villfaren bil krever, medfører en passende reduksjon av bevegelsesenergien til påkjørende bil og dermed nedbremsing av denne. In the event of a collision with, for example, a stray car, the car will press into the pipe wall and press the pipe walls together, and the pipe cross-section will have an approximately flat, ovalized cross-sectional shape or a cross-sectional shape similar to a figure eight. The flat cross-sectional shape means that the rod can be bent around the front of a wayward car with relatively small forces. If the requirements in patent claim 1 of the invention are satisfied, this collapse of the pipe cross-section will be like a deformation wave that easily propagates in the longitudinal direction of the energy-absorbing part of the rod. The energy consumption required by this flattening of the pipe cross-section and the bending of the rod around a stray car results in a suitable reduction of the kinetic energy of the oncoming car and thus slowing it down.

En stang utformet i henhold til oppfinnelsen vil oppvise en initiell sammentrykning av tverrsnittsformen ved en plutselig slagartet sideveis påvirkning som ved en påkjørsel av en bil. Så fremt den ytre påførte energi er tilstrekkelig vil denne "sammentrykningsbølgen" A bar designed according to the invention will exhibit an initial compression of the cross-sectional shape upon a sudden impact-like lateral impact such as when hit by a car. As long as the externally applied energy is sufficient, this "compression wave"

(deformasjonsbølgen) meget lett propagere i stangens lengderetninger helt til den ytre energi er ubetydelig eller at sammentrykningsbølgen møter et parti av stangen som ikke tilfredsstiller patentkrav 1 for oppfinnelsen. Deformasjonsbølgen stopper da opp. (the deformation wave) very easily propagate in the rod's longitudinal direction until the external energy is negligible or the compression wave encounters a part of the rod that does not satisfy patent claim 1 for the invention. The deformation wave then stops.

Ved utøving av oppfinnelsen på for eksempel en konisk lysmast vil dette medføre, ved sideveis slagartet påvirkning, at sammentrykningsbølgen vil stoppe opp ved for eksempel ett fundamentfeste hvor tverrsnittsprofilen har en lokal forsterkning, og et stykke opp i den koniske stangen når deformasjonsbølgen når et område som ikke lenger tilfredsstiller betingelsene gitt i patentkrav 1. Deformasjonsbølgen vil ved påkjørsel forbruke tøyningsenergi i stolpen og etterlate seg permanente deformasjoner i det energiopptakende partiet. When practicing the invention on, for example, a conical light pole, this will result, in the event of a lateral impact, that the compression wave will stop at, for example, a foundation attachment where the cross-sectional profile has a local reinforcement, and a distance up the conical rod when the deformation wave reaches an area which no longer satisfy the conditions given in patent claim 1. The deformation wave will, on impact, consume strain energy in the post and leave behind permanent deformations in the energy-absorbing part.

Eksempler på geometrisk utforming av stangen: Examples of geometric design of the bar:

Oppfinnelsen er nedenfor nærmere beskrevet under henvisning til tegningene, hvor: The invention is described in more detail below with reference to the drawings, where:

Figur 1 viser en vertikal hul konisk stolpe benyttet som lysmast, Figure 1 shows a vertical hollow conical post used as a light pole,

Figur 2 viser et utsnitt fra deformasjonssonen i en vertikal hul stolpe med sirkulært tverrsnitt utsatt for en slagartet sideveis belastning hvor rørveggen har blitt trykket inn og illustrerer hvordan fronten av den deformerte sonen (sammentrykningsbølgen) propagerer videre oppover i stangens lengderetning og etterlater seg et tilnærmet flatt sammenklemt rørtverrsnitt bak deformasjonsfronten, Figur 3 viser ett sylinderformet tverrsnitt av en hul stang og viser prinsippet for bestemmelse av diameter D og tykkelsen av rørvegg f, Figure 2 shows a section from the deformation zone in a vertical hollow bar with a circular cross-section subjected to an impact-like lateral load where the pipe wall has been pressed in and illustrates how the front of the deformed zone (compression wave) propagates further upwards in the bar's longitudinal direction and leaves behind an approximately flat pinched pipe cross-section behind the deformation front, Figure 3 shows a cylindrical cross-section of a hollow rod and shows the principle for determining the diameter D and the thickness of the pipe wall f,

Figur 4 viser ett elliptisk utformet tverrsnitt av en hul stang, Figure 4 shows an elliptical cross-section of a hollow rod,

Figur 5 viser ett rørtverrsnitt med kvadratisk tverrsnittform med avrundede hjørner, Figure 5 shows a pipe cross-section with a square cross-section shape with rounded corners,

Figur 6 viser ett polygonalt rørtverrsnitt med jevntykk rørvegg, Figure 6 shows a polygonal pipe cross-section with a pipe wall of uniform thickness,

Figur 7 viser ett polygonalt tverrsnittsprofil med varierende tykkelser på rørveggen i en hul stang. Figure 7 shows a polygonal cross-sectional profile with varying thicknesses on the pipe wall in a hollow rod.

I Figur 1 er en konisk lysmast tegnet. Den delen som er nærmest bakken er ment for ettergivenhet og energiopptak og tilfredsstiller betingelsene gitt i patentkrav 1 og har en typisk lengde mellom en og to billengder. Resten av lysmasten har ingen funksjon med hensyn på ettergivenhet og energiopptak og tjener til å gi lysmastens lampefeste tilstrekkelig høyde over bakken. Det er derfor ikke nødvendig å stille spesielle krav med hensyn på ettergivenhet i utformingen av den øvre delen, men det kan selvfølgelig være krav til styrke, stivhet og en begrensning på total vekt av mastetoppen. Den koniske lysmasten i Figur 1 kan eksempelvis ha et sirkulært tverrsnitt gitt med diameter D til middelplanet i rørveggen og tykkelsen f av rørvegg, se tegningen i Figur 3. For en konisk hul stolpe vil således rørveggens slankhet D/ t variere langs stangens lengdeakse og både stolpediameteren D og rørveggtykkelsen f må i det ettergivende og energiopptakende delen være i overensstemmelse med patentkrav 1 for at virkemåten til oppfinnelsen skal oppnås. In Figure 1, a conical light mast is drawn. The part closest to the ground is intended for compliance and energy absorption and satisfies the conditions given in patent claim 1 and has a typical length of between one and two car lengths. The rest of the light mast has no function with regard to compliance and energy absorption and serves to give the light mast's lamp holder sufficient height above the ground. It is therefore not necessary to make special requirements with regard to flexibility in the design of the upper part, but there may of course be requirements for strength, stiffness and a limitation on the total weight of the mast top. The conical light mast in Figure 1 can, for example, have a circular cross-section given by the diameter D of the middle plane of the pipe wall and the thickness f of the pipe wall, see the drawing in Figure 3. For a conical hollow pole, the slenderness D/t of the pipe wall will thus vary along the longitudinal axis of the pole and both the column diameter D and the pipe wall thickness f must in the yielding and energy-absorbing part be in accordance with patent claim 1 in order for the operation of the invention to be achieved.

Hule stenger utformet i henhold til oppfinnelsen, gir betydelig mykere og mer ettergivende oppførsel ved en sideveis slagartet påvirkning enn konvensjonelle hule stolper. Dette har sin forklaring i den spesielle deformasjonsmoden som vil bli satt opp i den hule stangen ved eksempelvis en påkjørsel med en bil. Bilen vil ved treff på stangen trykke sammen rørveggen og gitt at betingelsene i patentkrav 1 er oppfylt, settes det opp en "sammentrykningsbølge" som propagerer meget lett i stangens lengderetninger og denne sammentrykningsbølgen etterlater seg et flatklemt tverrsnittsprofil som lett lar seg bøye rundt en bil. Kon ta kt kraften mellom bil og stolpe blir derfor begrenset og bilen sikres en kontrollert nedbremsning. Figur 2 viser et utsnitt av stang hvor denne deformasjonsmoden er visualisert, deformasjonsfronten har retning oppover i dette eksemplet. Figur 2 anskueliggjør retningen og hvordan sammentrykningsbølgen propagerer oppover i stangen og etterlater seg et sammenklemt hult stang profil bak deformasjonsfronten. Hollow bars designed according to the invention provide significantly softer and more compliant behavior in the event of a lateral impact than conventional hollow bars. This has its explanation in the special deformation mode that will be set up in the hollow rod in the event of, for example, a collision with a car. When the car hits the bar, it will compress the pipe wall and given that the conditions in patent claim 1 are met, a "compression wave" is set up which propagates very easily in the longitudinal direction of the bar and this compression wave leaves behind a flattened cross-sectional profile which can easily be bent around a car. The contact force between the car and the post is therefore limited and the car is ensured a controlled deceleration. Figure 2 shows a section of a rod where this deformation mode is visualized, the deformation front has an upward direction in this example. Figure 2 illustrates the direction and how the compression wave propagates upwards in the rod and leaves behind a compressed hollow rod profile behind the deformation front.

Hvis en utøver oppfinnelsen med tverrsnittsformer med en stor grad av symmetri, slik som vist i Figur 3 med sirkulært tverrsnitt eller i Figur 6 med et polygonalt tverrsnitt, vil en oppnå hule stenger med tilnærmet like deformasjonsegenskaper i alle retninger. Hvis det er ønskelig med retningsavhengige og ulike deformasjonsegenskaper, kan en velge elliptiske rørtverrsnitt som vist i Figur 4 eller for eksempel en av variantene i Figur 5, 6 eller 7. Ved valg av ikke-rotasjonssymmetriske tverrsnittsformer vil også den statiske styrke og stivhet kunne få retningsbestemte egenskaper i tillegg til deformasjonsegenskapene. If one practices the invention with cross-sectional shapes with a large degree of symmetry, as shown in Figure 3 with a circular cross-section or in Figure 6 with a polygonal cross-section, one will obtain hollow rods with approximately equal deformation properties in all directions. If direction-dependent and different deformation properties are desired, one can choose elliptical pipe cross-sections as shown in Figure 4 or, for example, one of the variants in Figure 5, 6 or 7. By choosing non-rotationally symmetrical cross-section shapes, the static strength and stiffness can also be directional properties in addition to the deformation properties.

Diameteren D beregnes som omkretsen til middelplanet av den hule stangkonstruksjonens tverrsnitt dividert med n (3.14). The diameter D is calculated as the circumference of the middle plane of the hollow bar construction's cross-section divided by n (3.14).

Figur 7 viser som eksempel et oktogonalt tverrsnitt med forskjellige tykkelser på rørveggen. Hvis dette rørtverrsnittet produseres av en type materiale, må tykkelsene { t1 eller t2) tilfredsstille oppfinnelsens patentkrav 1 slik at deformasjonsmønsteret (sammentrykningsbølgen) kan settes opp. Hvis dette tverrsnittet derimot produseres av en type materiale nr 1 med tykkelse t1 (og El og <r01) og av en annen type materiale nr 2 Figure 7 shows, as an example, an octagonal cross-section with different thicknesses on the pipe wall. If this pipe cross-section is produced from one type of material, the thicknesses {t1 or t2) must satisfy the invention's patent claim 1 so that the deformation pattern (compression wave) can be set up. If, on the other hand, this cross-section is produced from a type of material no. 1 with thickness t1 (and El and <r01) and from another type of material no. 2

med tykkelse f2 (og E2 og a02) som hver for seg tilnærmet gir de samme verdiene ved beregning av formlene i patentkrav 1, vil tverrsnittet tilnærmelsesvis ha deformasjonsegenskaper som om det var produsert i bare ett av de to materialene og med tilhørende jevntykk tykkelse av rørveggen. with thickness f2 (and E2 and a02) which individually give approximately the same values when calculating the formulas in patent claim 1, the cross-section will approximately have deformation properties as if it had been produced in only one of the two materials and with an associated uniform thickness of the pipe wall .

Eksempler på materialer benyttet i hul stang Examples of materials used in hollow bar

Alle eksemplene på bruk av materialer for en hul stang i henhold til oppfinnelsen knyttes, for enkelhets skyld, til Figur 3 som viser ett sylinderformet tverrsnitt av en hul stang med tverrsnittsdiameteren D og rørveggstykkelse t. All the examples of the use of materials for a hollow rod according to the invention are linked, for the sake of simplicity, to Figure 3 which shows a cylindrical cross-section of a hollow rod with the cross-sectional diameter D and pipe wall thickness t.

For et typisk lavfast stål av typen S235 er £' = 210000 og <r0 = 235. Kravene som stilles i henhold til patentkrav 1 for oppfinnelsen gir at tillatt område for en hul stangkonstruksjon med diameter Z) = 150 mm blir at tykkelsen til rørveggen må ligge i intervallet mellom 1.7<f<2.5 mm. Hule stenger utformet i stål og i henhold til oppfinnelsen får gjeme tynnere rørvegger enn konvensjonelle stolper brukt til for eksempel lysmaster. For a typical low-strength steel of the type S235, £' = 210000 and <r0 = 235. The requirements set according to patent claim 1 for the invention provide that the permissible area for a hollow rod construction with diameter Z) = 150 mm is that the thickness of the pipe wall must lie in the interval between 1.7<f<2.5 mm. Hollow rods designed in steel and according to the invention can hide thinner pipe walls than conventional poles used for light masts, for example.

For en aluminiumslegering AA6083.T6 er E = 70000 og a0 = 255 . Kravene som stilles i henhold til oppfinnelsen gir at tillatt område for diameteren blir 60 < D < 210 mm. Det er i henhold til oppfinnelsen ikke mulig med dette materialet å benytte rørtverrsnitt utenfor dette området uansett hvilke tykkelser som velges for rørveggen t. For en hul stang i dette aluminiumsmaterialet og med diameter D = 1S0 mm, blir kravene til tykkelsen av rørveggen, at den må ligge i intervallet mellom 2.2</<2.7 mm for at virkemåten til oppfinnelsen kan utnyttes. For an aluminum alloy AA6083.T6, E = 70000 and a0 = 255 . The requirements set according to the invention mean that the permitted range for the diameter is 60 < D < 210 mm. According to the invention, it is not possible with this material to use pipe cross-sections outside this range, regardless of the thickness chosen for the pipe wall t. For a hollow rod in this aluminum material and with diameter D = 1S0 mm, the requirements for the thickness of the pipe wall are that the must lie in the interval between 2.2</<2.7 mm for the operation of the invention to be utilized.

For en hul stang utført i en plastlegering av typen Polyetylen kan vi eksempelvis ha at E = 1200 og <70 = 23. Kravene som stilles i henhold til patentkrav 1 for oppfinnelsen gir at tillatt område for en hul stang med diameter D = 250 mm blir at tykkelsen til rørveggen må ligge i intervallet mellom 7<t<\ 2 mm. For a hollow rod made of a plastic alloy of the Polyethylene type, we can for example have E = 1200 and <70 = 23. The requirements set according to patent claim 1 for the invention mean that the permissible area for a hollow rod with diameter D = 250 mm becomes that the thickness of the pipe wall must lie in the interval between 7<t<\ 2 mm.

For en hul stang utført som en kompositt av Polypropylen med ca 30 % glassfiberinnhold, kan vi eksempelvis få E = 5500 og a0 = 65. Kravene som stilles i henhold til patentkrav 1 for oppfinnelsen gir at tillatt område for en hul stang med diameter Z) = 200 mm blir at tykkelsen til rørveggen må ligge i intervallet mellom 4.5<?<6.5 mm. For a hollow rod made as a composite of polypropylene with approx. 30% glass fiber content, we can, for example, get E = 5500 and a0 = 65. The requirements set according to patent claim 1 for the invention provide that the permissible area for a hollow rod with diameter Z) = 200 mm means that the thickness of the pipe wall must lie in the interval between 4.5<?<6.5 mm.

For en fagmann er det innlysende at valget av aktuell tykkelse av rørveggen innenfor betingelsene i patentkravene, som sikrer at oppfinnelsen virkemåte kan oppnås, er knyttet til aktuell statisk belastning på installasjonsstedet og ønsket klassifisering med hensyn på ettergivenhet og energiopptak. For a professional, it is obvious that the choice of actual thickness of the pipe wall within the conditions of the patent claims, which ensures that the invention's operation can be achieved, is linked to the actual static load at the installation site and the desired classification with regard to compliance and energy absorption.

Claims

1. Pole, especially for road masts, for setting up lighting, signs and similar equipment in traffic areas, and for other poles that must break or be soft and absorb impact energy, where the lower end of the pole is anchored to the ground, and where the pole is designed for to be able to swing about its attachment to the ground and where the rod has a tubular energy-absorbing part in the lower part, characterized in that the energy-absorbing part has a pipe wall of thickness t which lies in the interval calculated by where the thickness t and the diameter D of the hollow rod have units of millimeters and the yield stress of the material <r0 is given in the unit N/mm<2>, at the same time that the ratio between diameter D and the pipe wall thickness f is in the interval calculated by where E is the material's modulus of elasticity (Young's modulus) given in the same unit as the material's yield stress a0, to achieve a propagating collapse of the cross-sectional shape by local load in the transverse direction and thus compliance and energy absorption.

2. Rod in accordance with patent claim 1, characterized in that the wall of the rod's energy-absorbing part has openings, for example for electrical installations, installation, handling or operational use or attachment of equipment or for aesthetic reasons.

3. Rod in accordance with patent claim 2, characterized in that the wall of the energy-absorbing part has local reinforcements at openings above a certain size, so that the rod's properties related to strength and stiffness are approximately maintained in such weakened areas.

4. Rod in accordance with one of the patent claims 1 to 3, characterized in that the wall of the energy-absorbing part has local reinforcements where equipment, for example signs, is to be fixed on end parts towards the foundation or on end parts against joints of the rod.

5. Rod in accordance with one of patent claims 1 to 4, characterized in that the wall of the rod's energy-absorbing part has areas designed with different thicknesses (t1 and t2).

6. Rod in accordance with patent claim 1, characterized in that the tube wall of the rod has areas consisting of different materials.

7. Rod in accordance with one of patent claims 1 to 6, characterized in that the cross-section of the rod is constant, conical or stepped in the longitudinal direction.

8. Rod in accordance with one of patent claims 1 to 7, characterized in that it has one or more joints in the longitudinal direction.

9. Rod in accordance with one of patent claims 1 to 8, characterized in that it has a circular, oval, rectangular, polygonal or similar cross-section.