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NFP纳米吸能道路安全防护设施
作者:李建军   部门:营销事业部   时间:2018-11-01   浏览次数:4985

         NFP纳米吸能道路安全防护设施主要由防撞标准块及横梁拼装而成。防撞标准块包括立柱、耗能核、吸能体和导向轮等四大部件,其中立柱埋入地下为整个设施的固定点以及受力点;耗能核、吸能体和导向轮通过连接件组成防撞主体。防撞标准块之间咬合定位,再由横梁进行轴向加固,形成互相独立而又紧密联系的统一体。设施整体解耦紧凑、颜色搭配起到警示和诱导效果。下图1.1分别为安全防护设施的某一节段,图1.2为安全防护设施的标准块结构。

   图1.1 NFP纳米吸能道路安全防护设施节段

 

1.2 标准块

 

   防护原理

        NFP纳米吸能道路安全防护设施是专门应对车辆撞击隧道口事故开发的一种高耗能防护结构。一方面通过合理的结构设计实现导向功能,通过导向作用将车辆导入隧道内避免车辆与洞壁碰撞;另一方面设施采用纳米流体材料、高分子复合材料等吸能材料作为耗能主体,通过结构压溃和能量吸收的方式耗散碰撞能量、降低车辆的撞击作用力。NFP纳米吸能道路安全防护设施采用先进的多级耗能、各级之间协同作用的理念,设施受到冲击时,依次发生导向轮旋转、耗能核压缩、吸能体压溃及导向轮压缩,各层的耗能机理如下: 1)导向性:导向轮在撞击力作用下,导向轮绕转轴转动,不断改变车辆撞击角度,减少碰撞过程中动能的交换,将更多动能保留在车辆上,并将其导入正常车道内。2)一级耗能:耗能核耗能核主要由纳米流体吸能材料(NFEAM)组成,该材料吸收密度可以达到60-200J/g,有着传统材料无法比拟的吸能效果,外界动能在巨大的纳米多孔材料液体界面上耗散,外界机械能转化为固体-流体界面能和摩擦热能,真正实现了能量守恒转化,当外力撤消后功能液体将流出纳米孔道,因此,材料本身可以反复多次使用,撞击后变形可恢复。3)二级耗能:吸能体吸能体由外板和耗能芯材组成,分块装配,安装简洁方便。当耗能核被压缩后,吸能体整体发生塑性变形,内部耗能芯材压溃,此过程中大量耗散撞击能量、减少撞击力。4)三级耗能:柔性结构导向组件包括导向轮和转轴,导向轮为柔性结构,由弹性性能较好的高分子有机聚合物构成,转轴由刚性材料构成。撞击作用后期,柔性导向轮变形并且压溃,进而耗散能量,起到防护效果。当车辆发生小撞时,隧道口防撞设施以导向和一级耗能层发生作用为主,同时吸收部分撞击能量,将车辆导入隧道内;当车辆发生大撞时,导向轮导向的同时,多级耗能体系协同作用,改变撞击力作用方向,增加撞击力作用时间,结构压缩并压溃,实现耗能、减少撞击力的目的,为隧道口提供安全保障。

   特点

    本设施具有如下特点:(1)缓冲耗能性:耗能核弹性变形、导向轮及防撞体弹塑性变形缓冲耗能,减少撞击力,降低车辆及乘客的损伤程度;(2)导向性:设置在迎撞侧的滚珠可以沿着转轴转动,车辆撞击时滚珠转动将车辆导入正常行驶方向,减少能量交换,避免与隧道口正面撞击;(3)通用性:采用模块化设计通用性强,根据防护范围增加模块即可实现,并且与现有护栏和谐过渡;(4)便捷性:通过卡槽等方式连接,减少现场作业,安装、更换、维修更加便捷;(5)诱导性:各部分采用不同的外观颜色,起到明显的警示、诱导效果;(6)安全性:采用纳米流体吸能材料、刚度匹配设计,柔性耗能反复使用,防护效果显著、安全性高,避免二次伤害。

   适用范围

         NFP纳米吸能道路安全防护设施适用于高速公路、一级公路事故严重程度为中等级的道路和一级公路、二级公路事故严重等级为高等级的道路。其余等级道路路段也可根据防护需求对应设置。根据《公路交通安全设施设计规范》(JTG D81-2017)要求,隧道入口处的检修道或洞门等设施的路段,事故严重程度等级为中,应设置护栏。而设置路基护栏的等级要求为:高速公路及一级公路120km/h的设计速度时,中级事故路段设置的最高要求是四(SBSBm)级,对应设计防护能量280KJ。根据《公路工程技术标准》(JTG B01-2014)隧道口侧墙的宽度由相关标准要求确定,路肩宽度的设计值一级公路及高速公路的设计宽度为1.5~3m,需要在此区域进行安全防护设施的设置,并满足隧道口安全设施设置长度和渐变率的相关要求。 对相关标准规范要求进行分析,相关碰撞风险位置如图2.1至图2.4所示。

2.1碰撞风险位置(a

2.2碰撞风险位置(b

2.3碰撞风险位置(c

2.4碰撞风险位置(d

    本安全防护设施可根据需求布置成直线或者圆弧等形状,可应用于普通隧道和隧道口收窄道路的安全防护,起到专门防护的目的,相关应用效果图如下图3.53.8所示。

3.5两车道NFP纳米吸能道路安全防护设施应用效果图(a)

3.6两车道NFP纳米吸能道路安全防护设施应用效果图(b)

3.7 三车道变两车道NFP纳米吸能道路安全防护设施应用效果图(a)

 

3.8 三车道变两车道NFP纳米吸能道路安全防护设施应用效果图(b)

    设计依据

    (1)《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004) (2)《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)(3)《桥墩附着式柔性防车撞设施》(JT/T 1061-2016) 4)《公路交通安全设施设计规范》(JTG D81-2017) (5)《公路交通安全设施设计细则》(JTG/T D81-2017)(6)《公路交通安全设施施工技术规范》(JTG F71-2006)(7)《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01-2013) (8)《旋转式防撞护栏设置规范》(DB33T 888-2013) (9)《公路波形梁钢护栏》(JT/T 281-2007)(10)《公路三波形梁钢护栏》(JT/T 457-2007) (11)《道路安全设施设计指导手册》(AASHTO)美国各州公路和运输工作者协会。(12)《结构用冷弯空心型钢尺寸、外形、重量及允许偏差》(GB/T 6728-2017) (13)《无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差》(GB/T17395-2008) (14)《金属覆盖层钢铁制件热浸镀锌层技术要求及试验方法》(GB/T 13912-2002) 15)《碳素结构钢》(GB/T 700-2006) (16)《低合金高强度结构钢》(GB/T1591-2008)(17)《合金结构钢》(GB/T3077-2015)(18)《道路交通反光膜》(GB/T 18833-2012) (19)《轮廓标技术条件》(JT/T 388-1999) (20)《公路交通工程钢构件防腐技术条件》(GB/T 18226-2015

   设计原则

        NFP纳米吸能道路安全防护设施设计原则如下:

   (1)阻挡性——阻止车辆越出路外或穿越,防止车辆从护栏板下钻出,或将护栏板冲断;

   (2)缓冲耗能性——发生碰撞时,安全防护设施消耗撞击能力,使车辆不直接撞击洞口,将撞击力控制在可接受范围;对乘客的损伤程度最小;

   (3)导向性——防护设施应能使车辆回复到正常行驶方向;

   (4)诱导性——安全防护设施应有明显的警示标志,能诱导驾驶员的视线;

   (5)实用性——安全防护设施应少占位置,不妨碍车辆通行;

   (6)安全性——安全防护设施不应产生撞击后二次伤害;

   (7)便捷性——安全防护设施制造、安装、维修应经济方便;

   (8)美观性——安全防护设施应外观美观、与道路协调统一。

   实车碰撞检测报告


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