EN
Әлемдік стандартқа айналған W-пішінді конструкция
Қыртысты болаттан жасалған W-тәрізді қорғаныс бағанасы әлем бойынша ең кең таралған жол жағындағы энергияны сіңіретін жүйе. Ол ауылдық екі жолды жолдардан бастап қала ішіндегі экспресс-жолдарға дейін, көпір тәрізді өткелдерден бастап ортаңғы бөгеттерге дейінгі автожолдарға орнатылады. Бұл конструкция ондаған жылдар бойы жетілдірілді, бірақ негізгі геометриясы — терең қыртыстары бойлық бағытта орналасқан, W-тәрізді көлденең қимасы бар болат парағы — өте тұрақты қалды.
Сұрақ W-тәрізді балка жұмыс істейтінінде емес. Ол анықтай түседі. Сұрақ — осы нақты профиль, осы нақты толқындармен соқтығысу кезінде энергияны жұту үшін жазық балкаларға, аз тереңдіктегі толқынды конструкцияларға және басқа көлденең қималарға қарағанда неге жоғары өнімділік көрсететінінде. Жауап балканың соқтығысу кезіндегі деформациялану механикасында және толқындардың құрылым арқылы энергия ағысын қалай бақылайтынында жатыр.
Үш деформациялық режим, бір балка
Автокөлік W-тәрізді қорғаныс балкасына соғылған кезде балка энергияны үш айқын деформациялық режим арқылы, бір уақытта жұтады.
Біріншісі көлденең қиманың бұрмалануы w-пішіні тек көркемдік үшін емес — бұл жазық парақтың мүмкін етпейтін жолдармен жазылуы, бұралуы және иілуі мүмкін болатын бүктелген жазықтықтар тізбегі. Бүктелулер табиғи шарнир сызықтарын құрады, олар балканың біртіндеп деформациялануына мүмкіндік береді, яғни энергияны бір реттік, катастрофалық сынудың орнына үздіксіз жұтады.
Екіншісі — жалпы иілу деформациясы сәуледе ұзындығы бойынша иілу пайда болады, ол көліктің бағытын өзгертетін қисықты қалыптастырады. Бұл иілу әрекеті болаттың серпімді және пластикалық деформациясы арқылы энергияны сақтайды және шашады.
Үшіншісі — тіректердегі жергілікті деформация сәуле тіректерге бекітілген жерде, толқындар керілулерді болжанатын суретте шоғырландырады, сондықтан сәуле қосылу нүктесінде қатыгез үзілу орнына жергілікті түрде жыртылады немесе иіледі.
Терең толқындар барлық үш режимді күшейтеді. Жазық сәуле иіледі, бірақ көлденең қиманың бұрмалануына аз қарсылық көрсетеді — ол қағаз парағы сияқты тек ортаңғы бөлігінен бүгіледі. Ал W-тәрізді профиль қиманың тереңдігін қамтамасыз етеді, сондықтан болат өзінің иілу шегіне жеткенше жазылуға қарсы тұрады, одан кейін энергияны сіңіретін, бақыланатын тәртіппен деформацияланады.
Неге тереңдік маңызды: Қима модулі дәлелі
Толқынды арқалықтың тиімділігі бөлім модуліне байланысты — бұл көлденең қиманың иілуге қарсы тұруының өлшемі. W-тәрізді арқалықтың толқындары материалдың маңызды салмағын қоспай, бөлім модулін арттырады. Осы қалыңдықтағы жазық болат тақтайшаның бөлім модулі әлдеқайда төмен, өйткені барлық материал жалғыз жазықтықта орналасқан. W-тәрізді пішін бұл материалдың біраз бөлігін бейтарап осьтен алыстауға ықпал етеді, сонда ол иілу кедергісіне көбірек үлес қосады.
Терең толқындар — стандартты W-арқалық үшін әдетте 75–85 мм тереңдікте — вертикаль бағытта қатты, бірақ горизонталь бағытта иілгіш арқалық құрады. Бұл қасиет дәл қорғаныш қоршауы үшін қажет: автомобильді бағыттауға жеткілікті қатты, яғни арқалық автомобильдің дөңгелектері астында иілмейді, бірақ энергияны сынбай, біртіндеп деформациялану үшін жеткілікті иілгіш.
Тегіс немесе тегіс сәулелі құрылымдар немесе жазық арқалықтар немесе өте қатты (жоғары тежелу және автокөліктің аударылуына әкелуі мүмкін), немесе өте әлсіз (автокөліктің өтіп кетуіне мүмкіндік береді) болады. W-тәрізді арқалықтың тереңдігі – мұқабалау үшін дәл есептелген тепе-теңдік нүктесі.
| Профильдің түрі | Коррупция құлықтың қадысы | Салыстырмалы энергия сіңіруі | Қате режімі |
|---|---|---|---|
| Жазық арқалық | 0 мм | Негізгі деңгей (1x) | Серпімсіз бүкілу, қатыгез қиратылу |
| Тегіс толқындылық | 3–5 мм | ~1,5 есе | Жергілікті иілу, біртекті емес деформациялау |
| Стандартты W-тәрізді арқалық | 75–85 мм | ~4–5 есе | Басқарылатын сығылу, бақыланатын бағыттау |
| Терең қыртыс (трай бим) | 100+ мм | ~6–7 есе | W-бимге ұқсас, бірақ жоғары өткізгіштікке ие |
Басқарылатын сығылу реті
W-бимнің ең маңызды сипаттарының бірі — оның бірден қирауы емес, басқарылатын тәртіппен сығылуы. Автокөлік тіректің орнында бимге соққы берген кезде, қыртыстардың жазылуы басталады. Бим ауытқыған сайын жазылу процесі бим бойымен қозғалып, деформацияны ұзын аралыққа таратады.
Бұл басқарылатын сығылу адамдардың тірі қалуына мүмкіндік беретін жағдайдағы жағдайдағы тежелу күштерін шектейді. Егер бим бірден қираған болса, автокөлік тежелу күшінің бірден өсуіне ұшырайды. Алайда, күш бимнің деформацияға қатысатын бөлігінің артуымен бірге дәлелді түрде өседі.
Бұл біртіндеп әрекетті терең жылдыздалған құрылым мүмкін етеді, себебі жылдыздалу әртүрлі бұрылу орындарын құрады. Арқалық деформацияланған кезде бұрылу орындары пайда болады және арқалық бойымен қозғалады, осылайша энергияның жұтылуы уақыт пен қашықтық бойынша таралады. Тегіс жылдыздалған арқалықта бұрылу орындары аз болады және ол тезірек қиратылады.
Соқтығысу сынақтарынан жиналған нақты бақылаулар тұрақты түрде AASHTO M180 стандартына сай — стандартты 12-ші калибрлі қалыңдықпен және терең жылдыздалған құрылыммен жасалған W-тәрізді қорғаныс сымдарының бұл біртіндеп сығылу әрекетін сенімді көрсететінін көрсетеді. Стандартты геометриядан ауытқитын арқалықтар — олар қалыңдығы аз немесе жылдыздалуы тегіс болса — кездейсоқ қиратылу тәртібін көрсетеді.
Қалыңдық пен жылдыздалу әрекеттесуі
Жылдыздалу дербес әрекет етпейді. Жылдыздалу тереңдігі мен материал қалыңдығының әрекеттесуі жалпы энергия жұту қабілетін анықтайды. Стандартты W-тәрізді қорғаныс арқалығы 12-ші калибрлі болаттан (шамамен 2,7 мм қалыңдықта) жасалады.
Қалың материал энергияны жұту қабілетін арттырады, бірақ салмағы мен құны да өседі және арқалық өте қатты болуы мүмкін — бұл тежелу күштерінің өсуіне әкеледі. Жұқа материал салмақты азайтады, бірақ арқалықтың біртіндеп деформациялануы орын алмай, жыртылуына әкелуі мүмкін. 12-ші калибрдегі талаптар — ондаған жылдар бойы жинақталған тәжірибелік оптимизация нәтижесі.
Толқынды арқалықтардың динамикасы бойынша зерттеулер көрсеткендей, енгізілетін энергия үш деформациялық режимнің барлығы бірігіп жұтылады. Толқындар арқалықтың ұзындығының қандай да бір маңызды бөлігінде деформацияның таралуын қамтамасыз етеді, ал соның нәтижесінде деформация соққы нүктесінде шоғырланбайды. Осы таралу арқалықтың бекіту нүктелерінде жыртылуын болдырмауға көмектеседі — бұл тереңдігі аз немесе жазық дизайнды арқалықтарда жиі кездесетін ақау түрі.
Терең толқындардың тегіс толқындардан айырмашылығы
Тегіс тақтаға ұқсас, бірақ кейбір қаттылату жолақтары бар құрылым ретінде әрекет ететін аздап толқындалған арқа—мысалы, 3–5 мм тереңдікте. Толқындар қандай да бір иілу кедергісін қамтамасыз етеді, бірақ олар солай қадамдық сығылу әрекетін туғызбайды. Деформация әдетте соққы нүктесінде локалданады, ол арқаның жиналуына немесе жыртылуына әкеледі, ал жүкті таратуға әкелмейді.
Керісінше, терең толқындар арқаның өзара байланысқан бүктелген тақталар тізбегі сияқты әрекет етуін қамтамасыз етеді. Әрбір бүктелу потенциалды шарнир ретінде әрекет етеді, ал деформация дамыған сайын арқа бірнеше шарнирден пайдалануға болады. Осы таратылған шарнирлар механизмі W-тәрізді арқаның сипатты энергия сіңіру қабілетін береді.
Сондай-ақ, практикалық орнату ескертуі бар. Терең толқындар суы балдыршын бетінде жиналмас үшін табиғи су ағынын каналдарын қамтамасыз етеді. Бұл әлсіз дыбыс сияқты болуы мүмкін, бірақ тұрған су коррозияны жеделдетеді, ал коррозия болса, болаттың тиімді қалыңдығын азайтады — бұл энергияны сіңіру қабілетіне тікелей әсер етеді. W-тәрізді балдыршынның геометриясы толқындардың тереңдігінің қосымша пайдасы ретінде су ағынын өңдейді.
Бұл мәселе Оңтүстік Қытайдың теңіз жағалауындағы бір жобада көрсетілді. Объектінің тобы құны метріне сәл арзан болғандықтан, көпірдің кірісіне тереңдігі аз қатпарлы арқалық орнатты. 18 ай ішінде тұзды шашырау мен тұрған су әсерінен арқалық коррозияға ұшырап, рутинды тексеру кезінде бірнеше орында қиманың 20%-дан астамы жойылғаны анықталды. Арқалық стандартты W-арқалықпен алмастырылды, ал алмастырудан бері бес жылдан астам уақыт өтті, коррозия мәселелері елеулі емес. Тереңірек қатпарлар суы тиімдірек таратады, ал цинктелген қаптама тұрақты түрде ылғалды болмаған кезде жақсырақ жұмыс істейді.
Thrie-арқалық нұсқасы: Тереңдігі артық, қабілеті жоғары
W-арқалық — бұл қатпарлы қорғаныс бағанасының жалғыз профилі емес. Thrie-арқалық — бұл екі орнына үш қатпар жасайтын қосымша бүкпе бар W-арқалық — тағы да жоғары энергия сіңіру қабілетін ұсынады. Thrie-арқалық әдетте жоғары соққы жылдамдығы немесе ауыр көлік ағыны бар орындар үшін көрсетіледі.
Бірақ үш сәулелі балка сондай-ақ ауыр, қымбат және орнатуға қиын. Автомагистральдардың көпшілігі үшін терең толқынды стандартты W-тәрізді балка құны, өнімділік пен орнатуға ыңғайлылықтың оптималды тепе-теңдігін қамтамасыз етеді. Геометриясы жарты ғасырдан астам уақыт бойы нақты қолданыста және толық масштабды соқтығысу сынақтарында жетілдірілді, сондықтан ол негізгі таңдау ретінде қалды.
Толқын тереңдігі, материал қалыңдығы мен цинктелу сапасының өзара әсерін түсінетін өндірушілер — мысалы, STL Sun — AASHTO M180 стандартына тұрақты түрде сай келетін W-тәрізді балка бөліктерін шығарады. Тұрақтылық маңызды, себебі толқын тереңдігі немесе материал қалыңдығындағы кішігірім ауытқулар қиратылу режимін біртіндеп қысылуға дейін қатал жарылуға дейін өзгертуі мүмкін. Стандарттың болуының өзіндік себебі бар, ал ең жақсы өндірушілер оған қатырысқан түрде бағынады.
