防撞护栏 技术领域：
本发明属于防撞护栏，特别涉及一种特危区域防撞护栏，如悬崖峭壁上的公路防撞护栏及桥梁防撞护栏。
背景技术：
防撞护栏作为公路及桥梁的重要安全设施，能有效阻止车辆冲出，减少交通事故损失，已经得到广泛应用。防撞护栏按刚度可分为刚性护栏、半刚性护栏和柔性护栏三类，它们在结构和碰撞能量的吸收机理上有着很大的不同。柔性护栏因成本高，维护困难，只在要求美观的旅游景区应用较多。半刚性护栏具有易搬运，现场安装简便，适合于大规模生产，而且在碰撞过程中能产生弹塑性大变形以吸收汽车的冲击动能，并能迫使失控汽车改变运动方向，引导其重新回到正常行驶方向，从而有利于保护碰撞车辆和车内乘员人身安全，现在在我国已经得到了广泛的应用。
但现有的半刚性护栏在遭受汽车撞击后，总是通过护栏梁板及立柱的变形来吸收汽车的冲击动能，且立柱的变形又总是为绕立柱根部的弯曲变形，即受撞击后的立柱总是呈倾斜状态，导致碰撞过程中护栏的有效高度不断降低，极易诱发车辆翻车，同时，护栏的变形量过大，不利于引导失控车辆返回正确的行驶轨道。
为此，在特危路段如悬崖峭壁上的公路及桥梁上的防撞护栏，人们不得不大量采用混凝土护栏(即刚性护栏)，混凝土护栏在碰撞过程中具有不变形且对失控车辆返回正确行驶轨道的引导能力强的优点，但混凝土护栏不易搬运，不适合在企业大规模生产的生产模式，而且由于在汽车撞击过程中不能通过自身的变形来吸收汽车的冲击动能，只能利用一个有限的坡度来引导车辆上爬，企图将汽车的动能转化为势能，达到减轻汽车冲击水平的目的，但这种方法对重心高地大型货车或客车，因车辆在爬上混凝土护栏坡道的同时还要转向(以返回正确行驶轨道)，常常导致车辆重心运动轨迹不合理，直接结果就是车辆翻车事故难以避免。
而在桥梁上采用混凝土护栏，除了存在混凝土护栏的上述问题外，还由于存在迎风面积大，会给桥梁造成额外的负载，这种负载在沿海等地区的桥梁上是不容忽视的，因此，有必要研制一种能够克服半刚性护栏及混凝土护栏的不足，又能具有二者全部优点的新护栏。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基础牢固、不侵占有效行驶路面、能在车辆与护栏发生碰撞时产生缓冲吸能作用，减轻碰撞强度，具有很好的导向能力并能有效避免车辆翻车事故发生，可最大程度地减少碰撞对汽车和乘员的损害的防撞护栏。
本发明解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种防撞护栏，其特征在于它包括护栏基础、立柱、横梁和吸能螺纹部件，所述的护栏基础呈F型，横置于路基中，护栏基础上的基础横梁后段开设一导向槽，在位于所述导向槽前端的基础横梁内，沿纵向开设有孔，孔内设置一吸能螺纹部件，所述的立柱设置于所述导向槽中，并与吸能螺纹部件连接，所述的横梁设置于立柱前面，与立柱相连。
作为进一步改进，所述的吸能螺纹部件包括吸能螺纹套管和冲击导杆，所述的吸能螺纹套管埋设于基础横梁所设孔内，并通过位于吸能螺纹套管一端的固定销定位，吸能螺纹套管内孔的一端设有内螺纹，另一端为一光孔，冲击导杆套设于吸能螺纹套管中，其一端设有凸台，所述凸台位于吸能螺纹套管所设光孔内，凸台直径等于或小于所述内螺纹的大径且大于内螺纹的小径，冲击导杆另一端设有外螺纹，所述的立柱通过其下端开设的孔安装于冲击导杆上，并由与所述冲击导杆上的外螺纹旋合的螺母紧固。
所述的内螺纹为梯形螺纹、三角形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹、或圆形螺纹。所述的横梁的横截面形状为矩形、圆形、梯形或波形，也可以采用其他形式。
本发明的有益效果在于：本发明的防撞护栏是由F形的护栏基础、吸能螺纹部件、立柱和横梁构成。根据动量定理，在相同的碰撞质量和速度下延长碰撞时间可以减小碰撞力。在发生汽车碰撞护栏的事故中，汽车对护栏的碰撞力通过横梁和立柱传递给吸能螺纹部件中的冲击导杆，并且立柱在F形护栏基础的导向槽中滑动产生一个横向位移，带动冲击导杆冲击和剪切吸能螺纹套管内部的螺纹，使其发生剪切变形，吸收能量达到立柱后退和缓冲的效果，并且立柱在导向槽中滑动时靠摩擦力做功可以消耗一定的动能；碰撞过程中，立柱后退的过程中既吸收了汽车的冲击动能，又保证了护栏立柱基本不倾斜，虽然护栏梁板要变形但这种变形也不是为了吸收汽车的冲击动能，而是为了形成一个光滑的弧度，以引导失控车辆返回正确的行驶轨道，使其具有很好的导向能力，而护栏立柱基本不倾斜保证了碰撞过程中护栏高度的基本不变，确保车辆不会翻出。由于螺纹的剪切承载能力基本上为一常数，因此，碰撞时护栏给汽车的作用力也基本为一常数；并且可以根据不同路段的实际情况来调节螺纹截面的几何尺寸以及螺距，进一步确保汽车的碰撞力学特性接近理想碰撞曲线，在吸能螺纹剪切吸能、横梁和立柱塑性变形吸能的共同作用下可以充分保护乘员和汽车的安全。本发明的F形护栏基础，其两根立桩埋入路基打下深度，使基础牢固，其结构简单、不侵占有效行驶路面，解决了山区公路依山傍崖的危险路段护栏无法扎根的难题。
附图说明：
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明除去横梁后的立体结构示意图；
图3为本发明的结构示意主视图(除去横梁)；
图4为本发明的结构示意左视图(除去横梁)；
图5为护栏基础的结构示意图；
图6为吸能螺纹套管和冲击导杆的装配示意图；
图7为冲击导杆的结构示意图。
图中各标号表示：
1、护栏基础 2、立柱 3、横梁
4、吸能螺纹部件 5、固定销 6、螺母
11、基础横梁 12、导向槽 13、孔
41、吸能螺纹套管 42、冲击导杆 411、内螺纹
412、光孔 421、凸台 422、外螺纹
【具体实施方式】
根据动量定理，如果一个质点在极短时间内速度急剧发生变化，而其位置几乎保持不变，则该质点就受到一个碰撞。假设碰撞期间，参与碰撞的物体质量不变，则由牛顿定律对时间间隔Δt进行积分，则动量的变化等于冲量，即：
I′＝mvs′ 碰撞后的质点的动量
I＝mvs 碰撞前的质点的动量
P=∫tt′Fdt]]>质点的冲量
I′-I＝P
在整个碰撞过程中，F是一个变量，是时间的函数，但可以近似认为在每个时间间隔Δt内是一个定值，则有：
mvn-mvn-1＝FnΔt n＝1，2，3Λ
减少碰撞力的另一种方法就是延长碰撞时间，即碰撞总时间。
基于上述原理，如图1所示，本发明的防撞护栏，它包括混凝土的护栏基础1、立柱2、横梁3和吸能螺纹部件4，护栏基础1呈F型，横置于路基中，使基础牢固、不侵占有效行驶路面；图5示出了护栏基础1的结构，护栏基础1上的护栏基础横梁11后段开设一导向槽12，在位于导向槽12前端的护栏基础横梁11内，沿纵向开设有孔13。
从图2、3、4可见，护栏基础1上的孔13内设置一吸能螺纹部件4，该吸能螺纹部件4包括吸能螺纹套管41和冲击导杆42，吸能螺纹套管41埋设于护栏基础横梁11所设的孔13内，并通过位于吸能螺纹套管41一端的固定销5定位。如图3、6所示，吸能螺纹套管41内孔的一端设有梯形内螺纹411，也可为三角形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹或圆形螺纹。吸能螺纹套管41的另一端为一光孔412，冲击导杆42套设于吸能螺纹套管41中。如图7所示，冲击导杆42一端设有凸台421，凸台421位于吸能螺纹套管41所设光孔412内，其直径可等于或小于内螺纹411的大径且大于内螺纹411的小径，本实施例为与内螺纹411的大径相等；在发生碰撞事故时，立柱2带动冲击导杆42通过凸台421冲击和剪切吸能套管41内的内螺纹411，使其发生剪切变形，达到吸收能量和缓冲的效果。冲击导杆42另一端设有外螺纹422，立柱2设置于导向槽12中，并通过其下端开设的孔安装于冲击导杆42上，由与外螺纹422旋合的螺母6紧固。
如图1所示，本实施例的横梁3的横截面形状为矩形，设置于立柱2前面，与立柱2相连；横梁3的横截面形状也可为圆形、梯形、波形或其他形式。本发明将防撞护栏的立柱2安装于基础横梁11开设的导向槽12中，并与吸能螺纹部件4相连，使其成为可移动式，即在受到冲击碰撞时可以随冲击向后移动一段距离。首先汽车碰撞横梁3使其发生变形，将作用力传递给立柱2，立柱2在F形护栏基础1的导向槽12中滑动产生一个横向位移，带动冲击导杆42冲击和剪切吸能套管41内部的内螺纹411，使其发生剪切变形，吸收能量达到立柱2后退和缓冲的效果，并且立柱2在导向槽12中滑动时靠摩擦力做功可以消耗一定的动能，由于梯形螺纹的剪切承载能力基本上为一常数，因此，碰撞时护栏给汽车的作用力也基本上为一常数。由于立柱2在导向槽12中移动，导向能力比其它类型的护栏好。本发明可根据不同路段的实际情况来调节螺纹截面的几何尺寸以及螺距，进一步确保汽车的碰撞力学特性接近理想碰撞曲线，在吸能螺纹部件4剪切吸能、横梁3和立柱2塑性变形吸能的共同作用下可以延长碰撞时间，减小汽车与护栏的碰撞力，充分保护乘员和汽车的安全。据有限元动态数值的模拟仿真试验、理论计算，可以达到保护汽车和乘员的安全。
本发明为一种适用于特危区域的半刚性护栏，特别适于悬崖峭壁上的公路防撞护栏及桥梁防撞护栏。