PL235201B1

PL235201B1 - Drogowa balustrada bezpieczeństwa

Info

Publication number: PL235201B1
Application number: PL370133A
Authority: PL
Inventors: Graham T. Sharp; Rp Graha M T. Sha; Sean Billingham; M Sean Billingha; John M. Walton; Ton John M. Wal
Original assignee: Hill & Smith Holdings Plc
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2020-06-15
Also published as: IS7448A; CA2481671C; GB0321757D0; SE0402231D0; WO2005026445A1; EP1664442A1; AU2004212563A1; US20120001138A1; US20050232693A1; GB2406127A; EP1664442B1; SE528769C2; US7497640B2; US20140231736A1; NZ535338A; IS2969B; AU2004212563B2; AU2009201382A1; US9121149B2; EP1664442B8

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy balustrad drogowych stosowanych na obrzeżach lub pasach centralnych dróg i autostrad, w szczególności balustrad bezpieczeństwa, w skład których wchodzi wiele lin drucianych przeplecionych i naprężonych między słupkami podporowymi.

Znana drogowa balustrada bezpieczeństwa z drucianych lin, opisana w EP 0369 659 A1, zawiera dwie pary lin drucianych, przy czym jedna, górna para lin, które leżą zasadniczo równolegle do siebie, jest podtrzymywana w szczelinach znajdujących się w pewnej liczbie słupków, zaś dolna para lin naprężona jest na powierzchniach przeciwległych krawędzi brzegowych słupków. Każda dolna lina przebiega wzdłuż trasy sinusoidalnej i przechodzi na drugą z dwóch powierzchni bocznych tego samego słupka. Pomimo, że balustrada według tego projektu przyczyniła się znacznie do wzrostu skuteczności zabezpieczenia w porównaniu ze znaną wcześniej balustradą z dwóch lin, stwierdzono jednak, że ma ona wady wynikające z równoległego rozmieszczenia górnych lin, ponieważ są one słabo połączone ze słupkami. W konsekwencji górne liny są mniej sztywne i mają mniejszą zdolność pochłaniania energii, niż dolne (przeplecione) liny. Poza tym, pionowa sztywność słupków powoduje, że pojazd, który zjechał z drogi może wpadając na słupek ulec wypchnięciu do góry i przewróceniu, jeżeli słupek nie przewróci się na czas.

Wskazane jest uzyskanie takiego stopnia naprężenia przeplecionych lin, że bezpośrednio po zderzeniu zachowana zostaje integralność balustrady. Jednakże konsekwencją naprężenia jest tendencja przeplecionych lin do tak ścisłego trzymania się słupków, że ich łączna siła tarcia w kierunku linii balustrady przekracza granicę sprężystości przy zginaniu słupków w tym kierunku. Może to prowadzić do sytuacji, w której słupki znajdujące się w pewnej odległości od strefy uderzenia pojazdu, zostają do tego stopnia wygięte przez liny w stronę pojazdu, że ulegają trwałemu odkształceniu.

Celem wynalazku jest opracowanie drogowej balustrady bezpieczeństwa, w której unika się powyższych problemów. Według wynalazku opracowano drogową balustradę bezpieczeństwa zawierającą liczne słupki sztywno zamocowane na lub w podłożu, przy czym balustrada ma długość w kierunku od jednego słupka do drugiego, oraz wiele lin podtrzymywanych przez te słupki, przy czym każda lina jest naprężona na słupkach i lin jest co najmniej cztery, charakteryzującą się tym, że każda lina (4, 5, 6, 7) przebiega wzdłuż trasy sinusoidalnej między słupkami (1,2, 3), przy czym co najmniej jedna lina (4, 6) (5, 6) przebiega z pierwszej strony pierwszego słupka (1) na przeciwną stronę drugiego słupka (2), kolejno wzdłuż wielu słupków na długości balustrady, a ponadto co najmniej druga lina (5, 7) (4, 7) przebiega z przeciwnej strony pierwszego słupka (1) na pierwszą stronę drugiego słupka (2), kolejno wzdłuż wielu słupków na długości balustrady, oraz tym, że słupki (1,2, 3) mają przekrój poprzeczny w kształcie „S” lub „Z”, przy czym długość przekroju poprzecznego słupków (1,2, 3) stanowi 2 do 3 krotność ich szerokości, a stosunek szerokości przekroju słupków do grubości przekroju poprzecznego słupków jest w zakresie zasadniczo od 5:1 do 8:1, która to geometria przekroju poprzecznego słupków zapewnia drugi moment bezwładności powierzchni w stosunku do osi leżącej w płaszczyźnie balustrady mieszczący się zasadniczo w zakresie od 59000 do 307000 mm⁴, i drugi moment bezwładności powierzchni w stosunku do osi prostopadłej do balustrady mieszczący się zasadniczo w zakresie od 914000 do 3070000 mm⁴, przy czym słupki są wykonane ze stali, która ma granicę plastyczności 224 MPa, 275 MPa lub 355 MPa.

Korzystnie, między słupkami przeplecionych jest ponadto więcej lin, które tworzą balustradę z wielu lin.

Balustrada korzystnie zawiera parzystą liczbę lin rozmieszczonych parami albo liny są rozmieszczone na różnych wysokościach. Ponadto balustrada może być zaopatrzona na słupkach w podpory lin, które pionowo pozycjonują liny na słupkach umożliwiając jednocześnie ich wzdłużne przemieszczanie w kierunku płaszczyzny balustrady, przy czym podpory lin są korzystnie ukształtowane integralnie na słupkach, względnie są rozmieszczone wzdłuż nacięć.

Ewentualnie, liny mogą być również oparte na wałkach zamontowanych na słupkach, przy czym wałki są korzystnie zamocowane w szczelinach w kształcie dziurki od klucza ukształtowanych w słupkach.

Korzystnie, podpory lin są łamliwe.

Według wynalazku, słupki mają korzystnie asymetryczny przekrój poprzeczny z zaokrąglonymi narożami tak, że zaokrąglone naroże może znajdować się od strony pojazdów nadjeżdżających z przeciwnych kierunków po obu stronach balustrady.

PL 235 201 B1

Według wynalazku słupki mają przekrój poprzeczny w kształcie „S” lub „Z”, a liny są wstępnie naprężone do poziomu korzystnie co najmniej równego 10% ich wytrzymałości na zrywanie, a jeszcze korzystniej, co najmniej równego 15% ich wytrzymałości na zrywanie.

Według wynalazku, każda lina przebiega wzdłuż trasy sinusoidalnej między słupkami i wywiera na każdy słupek moment zginający, przy czym, dla co najmniej jednej spośród lin, lina przebiega z pierwszej strony pierwszego słupka na przeciwną stronę drugiego słupka, kolejno wzdłuż wielu słupków na długości balustrady, i przy czym, dla co najmniej drugiej spośród lin, lina przebiega ze wspomnianej przeciwnej strony pierwszego słupka na wspomnianą pierwszą stronę drugiego słupka, kolejno wzdłuż wielu słupków na długości balustrady, w której to balustradzie słupki mają przekrój poprzeczny w kształcie „S” lub „Z”, przy czym długość przekroju poprzecznego słupków stanowi 2 do 3 krotność ich szerokości tak, że geometria przekroju poprzecznego słupków spełnia następujące kryteria: drugi moment bezwładności powierzchni w stosunku do osi leżącej w płaszczyźnie balustrady mieści się zasadniczo w zakresie od 59000 do 307000 mm⁴, zaś drugi moment bezwładności powierzchni w stosunku do osi prostopadłej do balustrady jest zasadniczo w zakresie od 914000 do 3070000 mm⁴, a stosunek szerokości przekroju słupków do grubości przekroju poprzecznego słupków jest w zakresie zasadniczo od 5:1 do 8:1 tak, że większość albo wszystkie słupki są ukształtowane aby nadawać balustradzie odporność na uderzenie pojazdu poprzecznie do linii tej balustrady oraz wykazują preferencyjny model zapadnięcia się w kierunku wzdłuż długości balustrady bezpieczeństwa, w stosunku do kierunku poprzecznego, przy czym ta geometria przekroju poprzecznego i rozmieszczenie słupków względem gruntu zapewnia słupkom wytrzymałość na zginanie (granicę plastyczności przy zginaniu) w kierunku wzdłuż balustrady, która jest większa niż moment zginający wynikający z łącznych sił tarcia wywieranych na słupki, przy czym słupki są wykonane ze stali, która ma granicę plastyczności 224 MPa, 275 MPa lub 355 MPa, dzięki czemu w przypadku uderzenia przez pojazd w balustradę, słupki na zewnątrz bezpośredniej strefy kolizji mają tendencję do pozostawania w położeniu pionowym aby utrzymać całkowitą integralność balustrady, przez co jest zminimalizowane niebezpieczeństwo zapadnięcia się słupka w kierunku uderzającego pojazdu.

W balustradzie według wynalazku naprężenie lin na słupkach powoduje powstanie łącznego oporu tarcia, który przeciwstawia się przemieszczaniu się lin względem każdego słupka lub przynajmniej niektórych słupków wzdłuż długości balustrady. Z konstrukcji każdego słupka i/lub jego/ich mocowania względem podłoża wynika minimalna granica plastyczności przy zginaniu w kierunku wzdłuż długości balustrady. Ta minimalna granica plastyczności przy zginaniu powinna być korzystnie większa, niż moment zginający wynikający z działania na słupek sumarycznych sił tarcia.

Niezależnie od powyższego warunku, jest wysoce wskazane, aby wszystkie (lub większość) słupków wykazywały korzystny model załamania względem kierunku poprzecznego, to znaczy w kierunku wzdłuż długości balustrady tak, aby nie wystawały z linii balustrady po wypadku.

Balustrada bezpieczeństwa wykonana według wynalazku zapewnia podwyższone zabezpieczenie pojazdów w porównaniu z balustradą z czterech lin opisaną w EP0369659A1, w szczególności w przypadkach dotyczących pojazdów większych i cięższych. Między słupkami można przepleść więcej lin w celu uzyskania balustrady z wielu lin o jeszcze większej zdolności hamowania, lecz korzystne jest zwiększenie ilości lin powyżej czterech o liczbę parzystą, tak aby całkowita ilość lin pozostała parzysta. W ten sposób uzyskuje się bardziej zwarty opór balustrady na wzdłużne przebicie pojazdem. Liny mogą być rozmieszczone parami na różnych wysokościach słupków lub mogą być rozmieszczone na zmianę, tak że każda lina jest na innej wysokości, niż pozostałe liny. W tym ostatnim przypadku, rozstaw lin pozwala lepiej dostosować układ do różnorodnych typów i wysokości pojazdów i uniknąć stosowania nadmiernej ilości lin z punktu widzenia możliwości zatrzymania pojazdu przez balustradę.

Na słupkach można zastosować podpory dla lin, które pozycjonują je w pionie umożliwiając jednocześnie ich przemieszczenie wzdłużne w kierunku płaszczyzny balustrady. Słupki mogą mieć przekrój poprzeczny w kształcie „S” lub „Z”, a słupek o przekroju „S” jest korzystniejszy na centralnej linii drogi z dwoma oddzielnymi pasami ruchu, na której pojazdy jeżdżą po lewej stronie drogi, podczas gdy słupek o przekroju „Z” jest korzystniejszy na poboczach. Naturalnie w krajach o ruchu prawostronnym należy dokonać odwrotnego wyboru.

Balustrada bezpieczeństwa wykonana według wynalazku jest korzystna z tego powodu, że gdy uderza w nią pojazd ma ona podwyższoną zdolność hamowania/opóźniania i mniejsze jest ryzyko przewrócenia lub uszkodzenia słupka w oddalonych od strefy uderzenia obszarach balustrady.

PL 235 201 B1

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym te same oznaczenia numerowe oznaczają podobne elementy, gdzie: fig. 1 przedstawia część balustrady drogowej opisanej w EP0369659A1; fig. 2 przedstawia przekrój balustrady drogowej według pierwszego przykładu realizacji wynalazku; fig. 3 przedstawia przekrój balustrady drogowej według drugiego przykładu realizacji wynalazku; fig. 4a do 4c przedstawiają podporę liny, którą można zastosować w balustradzie według wynalazku; fig. 4d przedstawia alternatywną podporę liny, którą można zastosować w balustradzie według wynalazku; fig. 5 przedstawia wykres oporu tarcia między lianami a słupkami wynikającego z przeplecenia lin; fig. 6 przedstawia wykres spadku napięcia wskutek przeplecenia lin.

W układzie pokazanym na fig. 1, słupki 1, 2 i 3 są umieszczone w podłożu (nie pokazanym) i podtrzymują dwie pary lin z drutu 4, 5 i 6, 7. Słupki mogą być wprowadzone do podłoża do zagłębień z prefabrykowanymi stopami lub jakimkolwiek innym, odpowiednim sposobem. Słupki mogą być wykonane z kształtowników stalowych o przekrojach poprzecznych na przykład „S” lub „Z”, tak że od strony nadjeżdżających pojazdów zamiast ostrej krawędzi, znajduje się zaokrąglone naroże linii zagięcia. Dodatkowo, kształt słupka ma korzystnie gładką powierzchnię która jest dopasowana do lin, oraz gładką zaokrągloną powierzchnię ze wszystkich możliwych stron, aby zminimalizować uszkodzenia wszelkich obiektów w przypadku uderzenia.

Liny 4, 5 jednej pary leżą równolegle do siebie i są oparte w nacięciach 8, 9 i 10 znajdujących się odpowiednio w słupkach 1, 2 i 3. Liny 6, 7 drugiej pary są przeplecione między słupkami sposobem pokazanym na rysunku i podparte w kierunku pionowym na bokach słupków przez podpory 11, 12 i 13. Każda lina jest tak naprężona, że balustrada stanowi skuteczne zabezpieczenie pojazdów, które zjeżdżają z drogi.

W pierwszym przykładzie realizacji wynalazku, który pokazano na fig. 2, liny obu par 4, 5 i 6, 7, a nie tylko dolna para 6, 7, są przeplecione wokół słupków 1, 2 i 3. Każda lina jest podtrzymywana w kierunku pionowym na bokach słupków za pomocą podpór 11, 12 i 13. Liny pierwszej pary 4, 5 znajdują się zasadniczo obie na tej samej wysokości nad podłożem, zaś liny drugiej pary 6, 7 znajdują się również zasadniczo obie na tej samej wysokości nad podłożem, lecz niżej niż pierwsza para. W drugim przykładzie realizacji wynalazku, pokazanym na fig. 3, wszystkie liny od 4 do 7 są przeplecione, lecz zamiast rozmieszczenia ich w dwóch parach w pewnym pionowym odstępie od siebie, wszystkie liny są rozmieszczone w pionowym odstępie od siebie, na różnych wysokościach nad podłożem. Pierwszy i drugi przykład realizacji wynalazku mają tę zaletę, względem układu ze stanu techniki pokazanego na fig. 1, że zdolność hamowania balustrady jest podwyższona, a ryzyko, że uderzający pojazd przewróci się jest zmniejszone w przypadku szerszego zakresu ciężarów i wielkości pojazdów. Należy zauważyć, że fig. 2 i 3 przedstawiają korzystny sposób przeplatania, w którym każda lina przechodzi z jednej strony pierwszego słupka na odwrotną stronę następnego słupka, i tak dalej wzdłuż długości balustrady. Korzystne jest, aby połowa lin była przepleciona przemiennie względem drugiej połowy i w taki sposób, że równoważone są potencjalne momenty zginające na odpowiednich słupkach, aby zapewnić równomierną odporność na przebicie (pojazdami) wzdłuż balustrady.

Fig. 4a do 4c przedstawiają podpory lin, które można korzystnie zastosować do słupków z przykładów pokazanych na fig. 2 i 3. Fig. 4a przedstawia szczelinę w kształcie dziurki od klucza 15 ukształtowaną w ściance słupka 1. Wałek podporowy 16 montowany jest wewnątrz szczeliny w kształcie dziurki od klucza 15 i mocowany tam za pomocą czopa 17. Wałek 16 podtrzymuje linę drucianą 4 tak, że może się ona swobodnie przesuwać w kierunku wzdłuż balustrady i w górę w przypadku uderzenia pojazdu. Wałki podporowe są korzystnie łamliwe, tak że w przypadku uderzenia pojazdu, i jeżeli słupki nie odegną się w stronę podłoża, liny mogą się łatwiej odczepić od słupków.

Zamiast na wałkach podporowych 16 przedstawionych na fig. 4a do 4c, liny mogą się opierać na zwykłych występach ukształtowanych w powierzchni słupka.

Alternatywnie, jak widać na fig. 4d, która przedstawia częściowy widok słupka 1, lina 4 może być umieszczona w płytkich, podłużnych rowkach/zagłębieniach lub nacięciach 20, znajdujących się na ramionach przekroju słupka. Umożliwia to po pierwsze, założenie lin bez trudności, jak również ich łatwe i dokładne pozycjonowanie na wyznaczonych wysokościach, i po drugie pozwala łatwo uwolnić linę z nacięcia w przypadku przyłożenia do niej znacznej siły pionowej. Spadnięcie liny ze słupka 1 w przypadku poddania jej działaniu działającej w górę lub w dół siły sprawia, że nie uderza ona w pojazd i unika się ewentualnemu wyrwaniu słupka z podłoża.

Każda z lin od 4 do 7 jest naprężona za pomocą kotew w podłożu, rozmieszczonych w odpowiednich odstępach wzdłuż drogi. Liny można naprężyć na przykład za pomocą dźwignika i regulowanych zakotwień lin, lub łączników gwintowanych na końcach oraz śrub butelkowych (nie pokazanych). Można

PL 235 201 Β1 zastosować pośrednie środki naprężające, dzięki czemu końcowe zakotwienia można rozmieścić rzadziej.

Podczas montażu balustrady bezpieczeństwa, należy przedsięwziąć takie środki zapewniające naprężenie lin drucianych 4 do 7, aby naprężenie było równomiernie rozłożone wzdłuż balustrady między punktami zakotwienia.

W przykładzie realizacji wynalazku, granica plastyczności przy zginaniu w kierunku wzdłuż balustrady przekracza wartość łącznych momentów zginających spowodowanych działaniem normalnych sił tarcia lin na słupkach pod działaniem naprężeń przewidywanych w układzie. Znaczenie oporu tarcia na styku słupek - lina i jego wpływ na pracę balustrady bezpieczeństwa zostanie wyjaśnione bardziej szczegółowo poniżej w rozdziale „Praca balustrady bezpieczeństwa w przypadku uderzenia”.

Słupki powinny być tak zaprojektowane, by były zamocowane w podłożu w sposób umożliwiający przeciwstawienie się ich momentom zginającym (podłużnym i poprzecznym) działającym na słupek przed i podczas jego wyginania się w warunkach uderzenia pojazdem, przy danych warunkach podłoża.

Przekrój słupka może mieć dowolny wymiar i kształt pod warunkiem, że spełnia on powyższe kryteria. Kształt może się zmieniać pod względem wymiarów wzdłuż balustrady w miarę zmiany warunków, np. na zakrętach drogi i/lub przy różnych rozstawach słupków.

Przykłady możliwych przekrojów słupków w kształcie „Z”.

Powierzchniowe wymiary przekroju poprzecznego słupka mm	Drugi moment bezwładności mm⁴
Głębokość	Szerokość	Grubość	w płaszczyźnie balustrady	w płaszczyźnie pros.opadłej do balustrady
100	32	5, 0	59000	914000
100	32	6, 0	66700	1064000
100	40	6, 0	125000	1280000
110	40	6, 0	130000	1625000
110	50	6, 0	242000	1960000
120	40	6, 0	135000	2016000
120	50	6, 0	245000	2420000
120	50	8, 0	307000	3070000

Ze względu na zmienny moment zginający przekrój może również zmieniać się wzdłuż balustrady pod względem wytrzymałości na zginanie. Ten rodzaj przekroju wygodnie jest więc wytwarzać w procesie, w którym można łatwo dostosować zmiany wymiarów i kształtu bez ponoszenia kosztów związanych ze specjalnym oprzyrządowaniem itp.

Słupki powinny mieć taki przekrój poprzeczny, żeby nie tylko nadawały balustradzie odpowiednią wytrzymałość na przebicie pojazdem (poprzecznie do linii balustrady), ale także wykazywały korzystny model zniszczenia w kierunku linii balustrady. Osiąga się to projektując taki przekrój słupków, że jego drugi moment w kierunku wzdłuż (w płaszczyźnie balustrady) jest znacznie mniejszy, niż jego drugi moment w kierunku poprzecznym (prostopadłym do balustrady), co widać w powyższej tabeli. Aby spełnić z zapasem powyższy warunek należy przewidzieć głębokość przekroju około 2-3 razy większą niż jego szerokość.

PL 235 201 B1

Projekt konstrukcyjny detali cięgien liny nie jest uważany za krytyczny z punktu widzenia początkowej funkcjonalności balustrady, pod warunkiem, że ostateczna wytrzymałość i sztywność lin w kierunku osi są wyznaczone właściwie, zgodnie z przewidywanym sposobem pracy (w razie uderzenia) balustrady. Jednakże, zazwyczaj używa się do takich zastosowań linę o średnicy 19 mm 3x7 (6/1) i jest ona również odpowiednia do stosowania w balustradach według wynalazku. Ten rodzaj liny jest dogodny ze względu na łatwość wytwarzania i obsługi, jak również ze względu na swą konstrukcyjną integralność przy mechanicznym ścieraniu i niszczeniu. Ponadto, ma ona zasadniczo zrównoważony moment obrotowy pod obciążeniem, co ułatwia naprężenie i pozwala uniknąć niepożądanego skręcania się liny w trakcie pracy.

Aby jednak zoptymalizować funkcjonalność balustrady bezpośrednio po uderzeniu w nią, należy przewidzieć środki w celu zminimalizowania strat naprężenia po uderzeniu pojazdu w balustradę. Poza zapewnieniem, że balustrada jest jednorodnie naprężona wzdłuż długości, liny powinny być wstępnie rozciągnięte siłą, która odpowiada 50% wytrzymałości na zerwanie, aby wyeliminować naprężenia wstępne i podwyższyć granicę sprężystości liny drucianej. Typowe liny tego rodzaju mają minimalną wytrzymałość na zerwanie równą 174 kN i sztywność w kierunku osi co najmniej 23 MN.

Poziom wstępnego naprężenia przykładanego do lin drucianych podczas montażu balustrady należy uważać za ważną zmienną, która ma wpływ na pracę balustrady w trakcie uderzenia, ze szczególnym uwzględnieniem prędkości hamowania pojazdu i dopuszczalnego poziomu penetracji poza linię balustrady. Normalnie, dla skutecznego hamowania liny powinny być wstępnie naprężone do poziomu równego co najmniej 10% ich wytrzymałości na zerwanie, a korzystnie do poziomu równego około 15% ich wytrzymałości na zerwanie, a nawet do poziomu równego około 20% ich wytrzymałości na zerwanie, jeżeli pozwalają na to inne wymagania projektowe i praktyczne.

Praca balustrady bezpieczeństwa w przypadku uderzenia

Zastosowanie równoległych lin górnych w balustradach znanych ze stanu techniki przedstawionych na fig. 1 jest korzystne z tego względu, że łatwo jest je założyć i utrzymać ich naprężenie. W szczególności tarcie między linami a szczelinami w słupkach (w których są one luźno zamocowane) jest tak małe, że naprężenie jest łatwo przenoszone na długich odcinkach jedynie poprzez zaciśnięcie śrub butelkowych na zakotwionych końcach. Ma to tę dodatkową zaletę, że w przypadku kolizji pojazdu z balustradą strata naprężenia górnych lin jest niewielka, a ich funkcjonalność w większości pozostaje utrzymana, co pozwala zachować integralność balustrady do czasu przeprowadzenia jej naprawy. Z drugiej strony, zastosowanie przeplecionych lin górnych podnosi dynamiczną sztywność balustrady i jej zdolność pochłaniania energii, a co za tym idzie, poprawia skuteczność zabezpieczającą balustrady.

W przykładach realizacji wynalazku stosuje się liny przeplecione zamiast znanego w stanie techniki układu górnych lin równoległych. Jednakże liny przeplecione są trudniejsze do naprężenia, ponieważ ich odchylenie kątowe powoduje wzrost tarcia przy ruchu lin po słupkach. Typowo, liny są odchylone od linii balustrady o 2-3 stopnie, lecz przy mniejszych rozstawach słupków odgięcie kątowe szybko rośnie i może dojść do 5 stopni lub więcej. Wpływ tego na tarcie lin o słupki jest przedstawiony na poniższej fig. 5. Figura ta dotyczy przykładu, w którym zastosowano linę o średnicy 19 mm (3/4) na słupkach o głębokości (4) i założono współczynnik tarcia równy 0,20.

Opisane trudności z naprężaniem można pokonać stosując procedurę naprężania stopniowego. Liny można naprężyć do wymaganego poziomu lub nieco poniżej w punktach zakotwienia lub napinania, a następnie rozstawić słupki pośrednie (wzdłuż linii balustrady) i spowodować przesunięcie się liny i rozłożenie naprężeń. Procedurę tę można powtórzyć, osiągając w ten sposób stopniowe naprężanie całej balustrady aż do potrzebnego poziomu.

Pomimo skuteczności tej techniki, przeplecione liny podlegają lokalnie znacznej utracie naprężenia w przypadku wywrócenia słupków przez uderzający pojazd, gdy w obszarze uderzenia przestaje istnieć kątowe odchylenie lin. Na fig. 6 (poniżej) ten efekt został przedstawiony w postaci wykresu odnoszącego się do przypadku, w którym rozpatrywano jeden (lub więcej) zatok słupków odizolowanych od reszty balustrady przy założeniu, że liny zostały wstępnie naprężone do poziomu 20% ich wytrzymałości na zerwanie (B/S).

Jest to teoretycznie najgorszy scenariusz i w praktyce znaczna ilość tych strat naprężenia zostaje wyrównana przez niezniszczone liny w przyległych zatokach balustrady. Jednakże pozostające naprężenie lin będzie znacznie mniejsze, niż gdyby liny nie były przeplecione. Stanowi to istotny powód skutecznego naprężania wstępnego lin do zalecanego poziomu, jeżeli bariera ma pozostać do pewnego stopnia integralna bezpośrednio po wypadku.

PL 235 201 Β1

W konsekwencji opisanych zabiegów przeplecione liny mają tendencję do silnego chwytania słupków tak, że ich łączne tarcie w kierunku linii balustrady przekracza granicę sprężystości w tym kierunku. Gdy zostają wprowadzone przeplecione górne liny powstaje więc ewentualność wyrwania słupków przez liny w miejscach, które nie są bezpośrednio dotknięte przez uderzający pojazd. Jest to założenie, w którym przewiduje się, że przemieszczenia liny są dostatecznie duże, aby spowodować plastyczne wygięcie słupków. Co istotne, przemieszczenie to skierowane jest w stronę uderzającego pojazdu. W związku z tym, zgodnie z korzystnym przykładem realizacji wynalazku, słupki są tak zaprojektowane i/lub ich mocowanie w podłożu jest tego rodzaju, że granica plastyczności przy zginaniu słupków (wzdłuż linii balustrady) przekracza łączny moment zginający sił tarcia działających na linę.

W przypadku wariantu wynalazku, w którym balustrada jest całkowicie przepleciona, problem ten jest jeszcze bardziej złagodzony. Można zrealizować balustradę z łamliwymi środkami do podtrzymywania lin na słupkach. W przykładzie zilustrowanym na fig. od 4a do 4c wałki podporowe są zamocowane na czopach, które łatwo ulegają ścięciu w przypadku przyłożenia do nich znacznych sił skierowanych w dół.

Przykład doświadczalny:

Weźmy pod uwagę przypadek balustrady z czterema przeplecionymi linami, w której liny znajdują się na średniej wysokości 550 mm nad poziomem podłoża, a słupki są rozmieszczone w odstępach 2,4 m, przy czym każdy ma głębokość 100 mm. Powstałe odchylenie kątowe lin (w rzucie pionowym względem linii balustrady) wyniesie 2,38 stopnia. Jeżeli przyjmiemy założenie projektowe, że każda lina podlega rozciąganiu siłą 50 kN, wówczas okaże się, że cztery liny oddziaływują na słupek tarciem 3,33 kN (przyjmując współczynnik tarcia równy 0,20). Skutkiem działania tej siły jest powstanie momentu zginającego słupek, który osiągnie maksymalnie 1832 Nm (w podstawie słupka) zanim lina ześlizgnie się. Skutek działania tego momentu zginającego z punktu widzenia maksymalnego naprężenia zginającego będzie się zmieniał zależnie od wytrzymałości i sztywności wybranego typu słupka, co wynika z poniższej tabeli:

Porównanie maksymalnego naprężenia zginającego w słupkach o przekroju „Z” przy odstępie słupków 2,4 m:

Wymiary słupka mm DxWxGrubość	Moment bezwładności w kierunku osi mm⁴	Łączny moment zginający Nm	Maksymalne naprężenie zginaj ące N/mm²
100x32x6,0	66700	1832	439
100x40x6,0	125000	1832	293
120x50x6,0	245000	2197	224

[założono rozciąganie liny siłą 50 kN i średnią wysokość położenia liny 550 mm]

W przypadku Standardowego słupka (100x32x6 mm) stwierdzono, że maksymalne naprężenie zginające o wiele przekracza granicę plastyczności słupka, która wynosi 275 Mpa [dla gatunku stali Fe430A], Rozważono następnie zastosowanie większego słupka (100x40x6,0 mm), lecz maksymalne naprężenie zginające nadal nieco przekraczało granicę plastyczności stali Fe430A. W tym przypadku problem można by rozwiązać stosując słupek ze stali wyższego gatunku, np. Fe510A, która ma granicę plastyczności 355 Mpa.

Inną możliwą alternatywą byłoby zastosowanie jeszcze większego słupka, np. o przekroju 120x50x6,0. Chociaż podnosi to nieco kątowe odchylenie lin i moment zginający, maksymalne naprężenie zginające spada do 224, dużo poniżej normalnej granicy plastyczności 275 Mpa.

Chociaż intuicja podpowiada, że zniszczenie słupka powinno być spowodowane bezpośrednim uderzeniem pojazdu wpadającego na słupek, wydaje się, że (w przypadku wstępnie naprężonej balustrady bezpieczeństwa), model zniszczenia słupków można w większym stopniu przypisać wzdłużnym składowym naprężeń w linach, w miarę jak są one odchylane przez pojazd nacierający poza linię balustrady. Kątowe odchylenie lin szybko wzrasta w miarę, jak pojazd zbliża się do (pierwszego) słupka, aż

PL 235 201 B1 do momentu, gdy osiągnięta zostanie granica plastyczności słupka, kiedy liny zostają uwolnione z pierwszego słupka i zaczynają przekazywać narastającą siłę (i moment zginający) na następny z kolei słupek.

W balustradzie przeplatanej tylko liny, które znajdują się z tej strony słupka, z której nadjeżdżają pojazdy mogą go przewrócić. Tak więc, zastosowanie parzystej liczby lin nada balustradzie bardziej spójną wytrzymałość na przebicie pojazdem wzdłuż. Podobne rozważania można zastosować przy wyborze optymalnego wzoru przeplatania lin, jeżeli liny nie są ułożone parami na tej samej wysokości.

Należy zauważyć, że w przykładach realizacji wynalazku opisany problem przewracania słupków jest mniej widoczny w obszarach balustrady w pobliżu jej końców, gdzie liny są zakotwione w podłożu. Dzieje się tak dlatego, że w słupkach w pobliżu końców balustrady, efektywna sztywność lin wzrasta w związku z ich stosunkowo małą długością między danym słupkiem a punktem zakotwienia. W konsekwencji liny w pobliżu końców balustrady mają mniejszą skłonność do odchylenia w warunkach uderzenia w porównaniu ze słupkami znajdującymi się dalej od końców. W rezultacie opór tarcia lin na słupkach ma mniejsze szanse odgiąć słupek do tego stopnia, że osiąga on granicę plastyczności. W związku z tym słupki w pobliżu zakotwionych końców balustrady nie muszą koniecznie spełniać warunku minimalnej granicy plastyczności określonego według wynalazku.

Claims

1. Drogowa balustrada bezpieczeństwa zawierająca:

liczne słupki sztywno zamocowane na lub w podłożu, przy czym balustrada ma długość w kierunku od jednego słupka do drugiego, oraz wiele lin podtrzymywanych przez te słupki, przy czym każda lina jest naprężona na słupkach i lin jest co najmniej cztery, znamienna tym, że każda lina (4, 5, 6, 7) przebiega wzdłuż trasy sinusoidalnej między słupkami (1,2, 3), przy czym co najmniej jedna lina (4, 6) (5, 6) przebiega z pierwszej strony pierwszego słupka (1) na przeciwną stronę drugiego słupka (2), kolejno wzdłuż wielu słupków na długości balustrady, a ponadto co najmniej druga lina (5, 7) (4, 7) przebiega z przeciwnej strony pierwszego słupka (1) na pierwszą stronę drugiego słupka (2), kolejno wzdłuż wielu słupków na długości balustrady, oraz tym, że słupki (1,2, 3) mają przekrój poprzeczny w kształcie „S” lub „Z”, przy czym długość przekroju poprzecznego słupków (1, 2, 3) stanowi 2 do 3 krotność ich szerokości, a stosunek szerokości przekroju słupków do grubości przekroju poprzecznego słupków jest w zakresie zasadniczo od 5:1 do 8:1, która to geometria przekroju poprzecznego słupków zapewnia drugi moment bezwładności powierzchni w stosunku do osi leżącej w płaszczyźnie balustrady mieszczący się zasadniczo w zakresie od 59000 do 307000 mm⁴, i drugi moment bezwładności powierzchni w stosunku do osi prostopadłej do balustrady mieszczący się zasadniczo w zakresie od 914000 do 3070000 mm⁴, przy czym słupki są wykonane ze stali, która ma granicę plastyczności 224 MPa, 275 MPa lub 355 MPa.

2. Balustrada według zastrz. 1, znamienna tym, że między słupkami (1, 2, 3) są przeplecione dodatkowe liny.

3. Balustrada według zastrz. 2, znamienna tym, że zawiera parzystą liczbę lin (4, 5, 6, 7) rozmieszczonych parami.

4. Balustrada według któregokolwiek z zastrz. 1-3, znamienna tym, że liny (4, 5, 6, 7) są rozmieszczone na różnych wysokościach.

5. Balustrada według któregokolwiek z zastrz. 1-4, znamienna tym, że na słupkach (1, 2, 3) znajdują się podpory (11, 12, 13) lin, które pionowo pozycjonują liny (4, 5, 6, 7) na słupkach.

6. Balustrada według zastrz. 5, znamienna tym, że podpory (11, 12, 13) lin są ukształtowane integralnie na słupkach (1, 2, 3).

7. Balustrada według zastrz. 6, znamienna tym, że podpory (11, 12, 13) lin są w postaci umieszczonych wzdłużnie nacięć (20).

8. Balustrada według zastrz. 6, znamienna tym, że liny (4, 5, 6, 7) są oparte na wałkach (16) zamontowanych na słupkach (1,2, 3).

9. Balustrada według zastrz. 8, znamienna tym, że wałki (16) są zamocowane w ukształtowanych w słupkach (1, 2, 3) szczelinach (15) w kształcie dziurki od klucza.

PL 235 201 B1

10. Balustrada według któregokolwiek z zastrz. 5-9, znamienna tym, że podpory (11, 12, 13) lin są łamliwe.

11. Balustrada według któregokolwiek z zastrz. 1-10, znamienna tym, że słupki (1, 2, 3) mają asymetryczny przekrój poprzeczny z zaokrąglonymi narożami, które znajdują się po stronie pojazdów nadjeżdżających z przeciwnych kierunków po obu stronach balustrady.

12. Balustrada według któregokolwiek z zastrz. 1-11, znamienna tym, że liny (4, 5, 6, 7) są wstępnie naprężone do poziomu co najmniej 10% ich wytrzymałości na zrywanie.

13. Balustrada według któregokolwiek z zastrz. 1-12, znamienna tym, że liny (4, 5, 6, 7) są wstępnie naprężone do poziomu co najmniej 15% ich wytrzymałości na zrywanie.