KR101356566B1 - 충격에너지 흡수능력을 향상시킨 가요성 방호울타리 - Google Patents

Abstract

발명은 도로안전시설 중 차량방호 안전시설에 관한 것이다. 차량방호시설은 강성과 가요성 방호울타리로 구분하는데, 본 기술은 도로의 측면과 중앙분리대에 설치되는 가요성 방호울타리에 관한 것이다.
보다 자세하게는 가드레일과 지주의 연결장치에 관한 것인데, 일반적인 가요성 방호울타리는 가드레일과 지주 사이에 연결대를 직각방향으로 직접 연결하여 가드레일과 지주를 연결하고 있다.
본 발명은 두가지로 구분하였는데, 그 하나는 가드레일이 가드레일 자체의 역할 및 연결대 역할을 동시에 수행토록 하게 함으로서 연결대 사용을 없앤 것, 다른 하나는 연결대는 사용하되 그 모양을 직선 형태로 변경하고, 그 설치 각도를 경사지게 연결함으로서 가드레일이 받는 충격흡수능력을 키운 것이다.
이렇게 함으로서 상기 두가지 기술은 모두 차량탑승자가 받는 충격을 상당히 완화시킬 것으로 기대된다.

Description

충격에너지 흡수능력을 향상시킨 가요성 방호울타리{ Flexible barrier improved Impact Energy Absorbing Capacity }

본 발명은 도로안전시설 중 차량방호 안전시설에 관한 것이다. 차량방호시설은 강성과 가요성 방호울타리로 구분하는데, 본 기술은 도로의 측면과 중앙분리대에 설치되는 가요성 방호울타리에 관한 것이다.

도1은 기존 노측용 및 중앙분리대용 가드레일이다.

방호울타리는 주행 중 정상적인 주행 경로를 벗어난 차량이 길 밖, 대향차로 또는 보도 등으로 이탈하는 것을 방지하는 동시에 탑승자의 상해 및 차량의 파손을 최소한도로 줄이고 차량을 정상 진행 방향으로 복귀시키는 것을 주목적으로 하고 있다.

그리고 가요성 방호울타리(이하 울타리)는 충격에너지를 흡수하는 것을 주된 기능으로 하는데, 그 중 가드레일은 파형(波形) 단면의 보를 지주로 받친 구조 형상으로, 적당한 강성과 인성을 갖고 있어 차량 충돌시 소성(塑性) 변형이 큰 만큼 충격흡수능력이 뛰어나고, 파손시에도 부분대체가 쉽고 유지관리가 용이한 점 등으로 가장 널리 사용되는 울타리 형식이다.

울타리는 가드레일이 지주에 직접 연결되는 구조형식도 많이 있지만, 이보다는 울타리의 충돌면에 해당하는 가드레일이 지주에 비해 차도 쪽으로 더 내밀어진 구조 즉, 가드레일과 지주 사이에 “ㄷ"형 또는 “ㅁ”형의 연결대를 직각으로 끼워 넣어 가드레일과 지주 사이에 간격을 확보한 형태인 블록아웃형이 성능 측면에서 우수하다고 알려져 있다.

도2는 “도로안전시설 설치 및 관리 지침”에 있는 블록아웃형 구조의 개념도를 나타낸다. 도2에서 보듯이 블록아웃형 구조는 충돌 차량이 전도되는 것을 방지하기 위해 울타리와 차량의 타어와의 접촉점이 아래쪽으로 크게 이동하지 않는데 반해, 블록아웃형 구조가 아닌 경우는 차량과 충돌했을 때 울타리가 변형되면서 접촉점이 아래쪽으로 변화하기 때문에 상대적으로 전도될 가능성이 더 높다고 할 수 있다.

또한, 충돌 중에 블록아웃형 구조가 아닌 경우는 차량이 지주와 충돌함으로써 전도 가능성뿐만 아니라 지주의 파괴로 인한 울타리의 성능 저하가 예상된다. 따라서, 차량의 전도방지, 차량과 지주와의 충돌 방지라는 점을 고려할 때 울타리의 구조는 블록아웃형 구조가 바람직한 것으로 알려져 있다.

결국 블록아웃형의 특징은 가드레일과 지주 사이에 일종의 버팀판, 즉 연결대를 끼워 넣어 가드레일과 지주 사이의 간격을 확보해줌으로서, 차량이 지주에 직접 충돌하는 것을 지연시키며, 차량 충돌시 연결대가 찌그러지므로서 에너지 흡수능력이 추가되었다고 볼 수 있다.

블록아웃형의 경우 상기와 같은 장점이 있음에도 불구하고, 가드레일은 여전히 연결대에 의해 지주와 직접적으로 연결되어 있기 때문에, 직각으로 연결된 연결대에 가해지는 에너지는 결국 지주에 대부분이 전달 될 수밖에 없는 구조로 되어 있다. 따라서 충격에너지를 흡수하여 차량탑승자를 보호하는 울타리의 주기능을 달성하는데는 한계가 있었다.

특히 교량 등에서와 같이 울타리의 지주가 콘크리트에 직접 매입될 경우, 가드레일의 충격흡수능력은 현저히 떨어지게 된다.

부수적으로는 기존 울타리의 구조가 단순하여 파손부분의 대체가 용이하다지만, 충돌시 지주가 받는 영향이 크므로 가드레일뿐만 아니라, 지주도 함께 교체해야 되는 문제점이 있다.

상기와 같은 실정에 따라 본 발명은, 가드레일과 지주 사이에 있는 연결대를 없애거나 또는 가드레일과 지주를 간접적인 방법으로 연결이 가능한 새로운 형태의 연결대를 도입함으로서, 가드레일이 충격을 받더라도 지주에 전달되는 충격은 최소화하고자 하였다. 따라서 차량 충돌시 차량탑승자의 안전을 위한 울타리의 에너지흡수 능력을 키우고, 더불어 울타리구조를 더욱 단순화시킬 수 있었다.

상기와 같이 기존 울타리의 경우 몇가지 필요성에 의해 가드레일과 지주 사이에 연결대 사용을 권장하지만, 기존의 연결대 형상은 가드레일과 지주를 직각방향으로 직접 연결하게 되므로, 결국 차량 충돌시 충격이 지주에 직접 전달되게 되어, 에너지 흡수능력을 저해하는 요인 중 하나였다.

본 발명은 연결대 사용 여부에 따라 그 기술을 두가지로 구분하였다.

첫째, 별도의 연결대를 없앤 것이다.

기존의 연결대를 없애는 대신 평면상에서 봤을 때, 가드레일의 한 쪽면은 구부려서 지주에 연결시키고, 다른 면은 연속되는 인접한 가드레일과 연결시킴으로서, 가드레일 하나가 연결대 역할과 보 역할을 동시에 수행토록 하였다.

즉, 평면상 직선 형태인 통상의 가드레일을 한쪽 부분을 구부려서 그 끝을 지주에 고정시킨다. 그리고 가드레일의 반대편 직선 부분은 그 끝을 연속되는 다음번 가드레일의 구부러진 면에 직접 연결하게 된다. 결국 가드레일과 지주 사이를 직접 연결시키는데 필요한 연결대가 없어지게 된다.

둘째, 연결대는 유지하되, 그 모양 및 설치각도를 변경시켰다.

즉, 기존의 연결대는 “ㄷ"형 또는 “ㅁ”형태로 제작되어 지주와 가드레일 사이에 직각방향으로 직접 연결되어 있는데, 본 발명에서 제시한 연결대는 평면상에서 봤을때, 곡선 또는 직선형태를 가지며, 그 연결방법은 가드레일과 지주 사이에 경사지게 배치, 연결함으로서, 충격이 지주에 간접적으로 전달되도록 하였다.

그리고 위 두가지 형식은 각각 지주 양쪽에 적용할 경우, 각각 중앙분리대로서 적용이 가능하다.

먼저 본 발명에서 중요한 용어에 대하여 정의한다.

첫째, “가드레일”이란 차량 충돌시 직접 접촉하는 면을 가진 수평부재를 통칭한다. 여기서는 가드레일, 가드파이프, 박스형보의 수평재를 통칭하기로 한다. 또한 평면상 직선형태인 기존 가드레일과 달리 본 발명에서 제시한 구부러진 가드레일을 “연속형가드레일”로 칭하겠다. 그리고 기존의 연결대와 본 발명에서 제시한 연결대는 “연결대”로 통일하여 사용한다. 본 연속형 가드레일은 그 적용성에 따라 교량 및 도로 그리고 노측과 중앙분리대 등 차량이 통행하는 곳은 어디든 적용 가능하다.

둘째, 지주란 통상 강재 원형파이프 또는 사각파이프 그리고 H빔의 단면모양을 가진 강재 지주를 일컫는데, 여기서는 이를 포함하여 벽식 또는 기둥식 콘크리트 구체도 함께 지주에 포함시켰다. 왜냐하면, 본 발명에서 적용하는 충격에너지 흡수 능력을 향상시킨 가요성 방호울타리는 수평재 즉, 가드레일 그 자체만으로도 충격흡수능력이 있기 때문에 지주의 형식과는 상관이 적다.

본 발명은 가드레일의 모양을 변경시킴으로서 가드레일과 지주 사이에 직접 연결되는 연결대를 없애거나, 가드레일과 지주 사이에 설치되는 연결대의 모양 및 설치각도를 변경시킴으로서, 충격에너지 흡수능력을 키워, 차량 탑승자의 안전을 확보하고, 지주가 직접 받는 충격도 최소화시킬 수 있었다.

특히 일반 도로와 달리 교량 등에서와 같이 방호울타리 지주의 기초가 강성이 강한 콘크리트에 직접 매입될 경우, 지주는 고정되어 있으므로 대부분의 충격에너지를 가드레일이 직접 흡수해야 되는데, 이때에도 본 발명은 큰 효과를 발휘하게 된다.

도1은 기존 노측용과 중앙분리대용 가드레일 사진
도2는 기존 울타리의 블록아웃형 구조의 개념도
도3은 본 발명의 연속형가드레일 전체도
도4는 본 발명의 연속형가드레일 사시도
도5는 본 발명에서 경사지게 설치되는 연결대, 전체도
도6은 본 발명에서 경사지게 설치되는 연결대, 사시도
도7은 본 발명에서 경사지게 설치되는 중앙분리대용 연결대, 전체도
도8은 본 발명에서 경사지게 설치되는 중앙분리대용 연결대, 사시도
도9은 본 발명의 연속형가드레일 사시도 - 사각단면을 가진 가드레일 예
도10는 본 발명에서 경사지게 설치되는 연결대 사시도 - 사각단면을 가진 가드레일 예

본 발명을 설명하는데 있어 가드레일의 단면형상들이 워낙 다양하므로, 여기서는 가장 일반적인 W형 가드레일 중 대표적인 2골형을 중심으로 그 실시예를 상세히 설명하고, 추가로 사각단면을 가진 가드레일을 간단히 설명한다.

이하 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

첫째, 연결대를 없앤 울타리 즉, 연속형가드레일(10)에 대하여 도3과 도4를 참고하여 설명한다.

기존의 울타리는 차량 충돌시 가드레일에 붙은 연결대를 통하여 충격이 직접 지주로 전달되는 구조이다. 본 발명은 연결대를 없애는 대신, 직선형태인 가드레일의 한쪽부분을 구부려줌으로서, 가드레일 한 개 내에 직선구간과 곡선 또는 경사구간이 동시에 존재하는 연속형가드레일(10)를 만들었다. 그리고 구부려진 쪽의 곡선부끝(15)을 지주(12)에 직접 연결함으로서, 연결대를 사용치 않더라도 곡선이 형성된 구간만큼 연속형가드레일과 지주 사이에 간격 즉, 공간을 확보하였다. 이는 앞에서 설명한 블록아웃형태와 같은 개념에 해당된다. 그리고 직선구간에 해당되는 연속형가드레일의 직선부끝(16)은 이어지는 다른 연속형가드레일(10)의 구부러진 면 즉, 형상 변화점(13)에 직접 연결시킴으로서, 결국 연속형가드레일의 앞면은 기존의 가드레일처럼 일직선의 형태를 갖추게 된다. 따라서 차량 충돌시 울타리의 연속성을 확보해줌과 동시에 차량과 지주 사이 즉, 가드레일과 지주 사이에 공간을 확보함으로서, 가드레일이 충분한 소성변형을 일으키기 전까지는 차량이 지주에 직접 닿을 수 없는 구조로 되어 있다.

또한, 기존의 울타리는 평면상, 가드레일을 일반보로 가정했을 때, 지주를 지점으로 하는 연속보에 해당되고, 결국 보 양끝이 지주에 구속되어 있으므로, 충돌시 보의 소성변형에 한계가 있었다. 하지만, 본 발명은 보의 평면상 모양을 변경시킴으로서, 차량 충돌시에 보는 지점이 분명치 않은 무한보에 가까워지고, 결국 충격에너지 흡수능력을 향상시키게 된다.

그리고 가드레일과 지주 사이에 기존의 연결대를 없앰으로서, 지주의 직접 손상을 줄이고, 구조를 보다 단순화시킬 수 있다.

둘째, 연결대(21)는 유지하지만, 가드레일과 지주 사이에 설치되는 연결대의 모양 및 설치각도를 변경시킨 울타리에 대하여 도5와 도6을 참고하여 설명한다.

새로운 형태의 연결대만 추가되었을 뿐, 상기 기존 연결대를 없앤 연속형가드레일과 그 기능은 비슷하다. 가드레일은 직선형 가드레일(20)을 사용하지만, 중요한 것은 연결대의 형태 및 설치각도이다. 먼저 연결대는 평면상에서 봤을 때 곡선 또는 직선형태로 만든다. 그리고 가드레일과 지주 사이에 상기 연결대를 연결할 때, 평면상 직각으로 배치하는 것이 아니라 경사지게 연결하는 것이 특징이다. 즉, 연결대(21)의 일단은 직선형 가드레일(20)과 경사지게 연결하고, 타단은 지주(12)에 연결한다. 그리고, 가드레일과 가드레일의 연결은 기존처럼 지주 위치에서 연결하지 않고, 연결대와 연결대의 중간위치에서 연결하였는데, 이는 가드레일과 가드레일의 겹침현상에 의해 가드레일상 강성이 집중되는 점을 피함으로서, 가드레일이 받는 에너지를 분산시키기 위함이다.

또한, 도7과 도8에서 보듯이 상기 연결대(21)를 중앙분리대용 울타리에 적용할 경우에는 상기 연결대(21)를 지주(12)의 양측에 사용할 수 있도록 하나로 통합된 중앙분리대용 연결대(31)를 사용할 수도 있다.

상기 연속형가드레일(10) 및 상기 경사지게 설치한 연결대(21)는 각각 충격흡수능력 조절을 위하여 필요하다고 판단될 때, 그 강성을 보강하기 위하여 연속형가드레일(10) 및 연결대(21)의 뒷면에 보강부재를 추가로 용접하거나 볼트로 덧댈 수 있으며, 마찬가지로 연속형가드레일(10)와 지주(12)의 연결부 그리고 연결대(21)와 지주(12)의 연결부도 각각 필요시 더욱 견고히 용접하거나 추가의 볼트로 더욱 고정할 수 있다.

그리고 상기 연속형가드레일(10) 및 상기 연결대(21)에 각각 연결되는 지주(12)는, 차량 충돌시 지주에 발생되는 비틀림 저항에 보다 효과적으로 대응할 수 있도록, 지주가 매입되는 부분은 지주(12)의 단면 둘레에 수직방향으로 다수개의 날개(14)를 붙이는 것이 바람직하다.

다음은 사각단면을 가진 가드레일에 대하여 간단히 설명한다.

도9는 연속형가드레일(40)을, 도10은 경사지게 설치되는 연결대(51)를 나타낸다. 연속형가드레일 및 연결대의 단면형상만 바뀌었을 뿐, 그 내용은 상기의 설명과 동일하다.

이상과 같이 본 발명은 별도의 연결대를 사용하지 않고도 가드레일을 평면상에서 봤을 때, 그 모양만을 변형시켜서 지주와의 간접적인 연결을 도모한 경우와 연결대는 사용하되 그 연결대의 모양 및 설치각도를 변경시켜서, 충돌시 에너지 흡수능력을 최대화시킨 것이므로, 가드레일의 단면모양을 상기 실시예에서 적용한 단면으로 국한하거나 또는 상기 용어정의에서 언급했듯이 지주의 재료가 강재이건 콘크리트이건 상관없이 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

1 - 블록아웃형식의 기존 연결대
10 - 연속형가드레일
12 - 지주
21 - 경사지게 설치되는 연결대
31 - 중앙분리대용 연결대

Claims (5)

1. 한 개의 가드레일이 평면상 직선부와 곡선부 또는 직선부와 경사부를 동시에 갖춘 형태로서, 상기 가드레일의 직선부 끝은 이어지는 옆의 가드레일 면에 연결되고,
   곡선부 또는 경사부 끝은 지주에 연결되도록 구성된 연속형가드레일(10)을 구비하는 것; 을 특징으로 하는 충격에너지 흡수능력을 향상시킨 가요성 방호울타리.
   
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