CN101694089A - 高分子复合材料公路防撞护栏 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种高分子复合材料公路防撞护栏，旨在提供一种重量轻、抗冲击、耐腐蚀、易维护，施工安装方便，能够较大幅度地提高事故安全防护功效的公路防撞护栏。它包括以高分子复合材料为主体构成的管状护栏、防阻块、立柱和对接连接器，所述的管状护栏是由多层浸有树脂作基体的增强纤维，缠绕在管状薄壁胎材上缠绕成型的复合材料管状缠绕管，且每层缠绕丝沿缠绕管轴向方向排列的缠绕角为0°～90°。本发明与传统的热浸镀钢制护栏体系相比，比重小、重量轻，比强度和比模量大，组装灵活快捷、结实耐用。断裂韧性高的高速公路防撞护栏，不老化并抗酸雨侵蚀，大量地取代了目前金属波形梁大量耗用钢材的使用量。

Description

高分子复合材料公路防撞护栏

技术领域

本发明涉及一种主要用于高速公路、高等级公路及公路危险地段设置的防撞护栏。

背景技术

高速公路交通安全设施的主要功能是保证交通安全，安全护栏属于其中最重要的一项工程。安全护栏是一种吸能结构，在阻止车辆越出公路的同时，还通过变形来吸收碰撞能量，改变车辆方向，从而最大限度地减少事故损失。合理设置安全护栏不但可以减少交通事故，降低事故的严重程度，还可以诱导行车视线，使司乘人员感到舒适，从而降低他们的疲劳程度保障行车安全。护栏作为道路安全设施的主要组成部分，其重要性也越来越引起人们的重视。但由于该产品在我国的生产和使用时间不足十年，产品标准和国家标准颁布仅有几年时间。生产厂家对该产品的性能、技术参数、生产工艺掌握各不相同，致使这一产品的质量良莠不齐。有的路段由于采用了防腐工艺处理不当的护栏，少则一两年时间，护栏便锈迹斑斑，不仅影响了高速公路的视觉效果，也大大缩短了护栏的有效使用期。

随着国内高速公路建设的飞速发展和高速公路在我国的大量修建，建设高速公路需要大量优质的护栏板、立柱、龙门架等设施。而目前用热浸镀锌来代替以往刷漆的高速公路护栏，需要每年刷一次或两次防锈油漆，涂漆、修补等养护，其费用及作业次数的综合维护费用成本级数逐年递增。而且用多螺栓安装连接较为复杂。新颁布的国家标准GB/T18226-2000《高速公路交通工程钢构件防腐技术条件》，将护栏产品的防护分为四类：镀锌、镀铝、镀锌(铝)后涂塑。在乡村和污染不严重的地区，可采用单独热浸锌层防护或单独喷塑防护型护栏板，而在重工业区或海岸城市地区，特别是有酸雨的地区，普通热浸锌或喷塑单涂层护栏板未到使用年限就可能失去效用，造成护栏的维护成本大大增加。对于热浸铝护栏，其耐蚀性比普通热浸锌护栏好，但其工艺、技术、成本以及对环境影响等方面的原因，应用范围还不很广。而采用热浸铝+喷塑的防护体系，相对于热浸锌+喷塑的防护体系是一种不经济的方法。采用镀锌板+喷塑的双防护体系和目前仍大量广泛采用热浸锌金属材料制作的防撞护栏，虽然可在重污染地区特别是酸雨地区达到较好的防腐效果，但每公里要耗用100吨左右的钢材，1000公里就要耗用上百万吨钢材。须说我国是钢铁生产大国，但依靠进口高昂原材料(铁矿石)，钢铁制品生产成本不断高涨。而且耗能大的钢铁冶炼，大量的排放物污染我们生存环境，消耗了大量不可再生资源。

随着公路护栏的安全防护作用已经被人们充分认识，护栏作为公路上的基本安全设施，对公路上的交通安全起着积极的作用，但同时，护栏本身也是一种障碍物，其设置也是有条件的，通常是以设置护栏和不用设置护栏保护的相对危险性比较后做出判断。只有正确的设计，才能实现护栏的功能和目标。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种重量轻、抗冲击、耐腐蚀、施工安装快捷方便，性价比高，还可以较大幅度地提高事故安全防护功效的，以高分子复合材料为主体的高分子复合材料公路防撞护栏。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，本发明提出的一种高分子复合材料公路防撞护栏，包括，以高分子复合材料为主体构成的管状护栏、防阻块、立柱和对接连接器，其特征在于，所述的管状护栏是由多层浸有树脂作基体的增强纤维，缠绕在管状薄壁胎材上缠绕成型的复合材料管状缠绕管，且每层缠绕丝沿缠绕管轴向方向排列的缠绕角为0°～90°。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

耐腐蚀、抗冲击、重量轻、坚固耐用。本发明用两种或两种以上增强相材料混杂于高强树脂基复合材料基体构成的管状护栏防撞杆，管外表面增强型高分子复合材料丝规整的多层缠绕排列方式，通过层内混杂、层间混杂、夹芯混杂、层内/层间混杂和超混杂，并按护拦构件制件不同部位的经纬角度和强度要求设计纤维排列，具有各向异性抗冲击强度、疲劳强度，强度维持在铁制护栏要求的硬度。

耐腐蚀、易维护，施工安装方便，安全防护功效高，价格较低。经建立的三跨缩比护栏系统的有限元模型，在冲击条件下与相应的冲击试验进行对比分析和检验，通过对比不同跨数的模型在冲击条件下的结果，由于多层的缠绕结构，具有缓和冲击的功能，能够最大程度减少对车和人体的伤害。与传统的波型梁钢护栏、钢索护栏普通单增强相复合材料和热浸锌、热浸铝+喷塑的防护体系护栏相比，比重小、重量轻，比强度和比模量大。断裂韧性高于韩国PVC高速公路防撞护栏，不老化并抗酸雨侵蚀。大量地取代了目前金属波形梁大量耗用钢材的使用量，价格较低于热浸铁制护栏。尤其是在缠绕过程中浸润后的高强树脂能够将自动填涂缠绕丝间的缝隙，树脂链上的仲羟基与玻璃纤维或其它纤维的浸润性和粘结性，极大地增强了复合材料缠绕管的强度、抗冲击韧性、延展性、热膨胀系数，有极强的多弯地带适应性。达到了防撞杆设计的抗冲击韧性、耐腐蚀。其性价比和耐蚀性高于热浸铁制护栏。经过合成纤维杂化的体系其刚性、强度、吸潮稳定性都有显著提高，对复合材料的韧性测试也显示出具有相当好的性能，完全可以和传统的热浸铁制护栏材料相媲美。

本发明以高分子复合材料为主体的高分子复合材料公路防撞护栏，按照国家标准及中华人民共和国交通部发布的行业标准《高速公路护栏安全性能评价标准-JTG/T F83-01-2004》和《公路交通安全设施设计细则-JTG/T F81-2006》执行标准，组装灵活、结实耐用。不增加占用空间，安装不受地形起伏限制，施工运输安装简便。环保、使用无污染。易于更换的特性而易维护，护栏通常不需专门维护，能够通过雨天自行清洗。公路建设的维护成本低。

附图说明

图1是本发明高分子复合材料公路防撞护栏的三维分解示意图。

图2是本发明防撞护栏起始端起始点标识器1的连接关系示意图。

图3是本发明分别连接相邻两端防撞杆封头连接器的局部剖面示意图。

图4是封头连接器的主侧视图。

图5是图4的侧视图。

图中：1起始点标识器，2防撞杆，3立柱，4荧光反光标牌，5端头紧固螺钉，6立柱连接座，7缓冲器，8紧固螺栓，9封头连接器，10管状薄壁胎材，11台阶轴封头，12凸头，13付盖。

具体实施方式

参阅图1。护栏系统是多跨连续的。为了保证防撞强度，高分子复合材料公路防撞护栏一般由两根防撞杆梁(实用于公路2级到3级防撞等级)或三根防撞杆梁(实用于公路3级到4级防撞等级)组成。经多道加工工序成型的杆式复合材料防撞护栏梁防撞杆2，由立柱3将一根根长度固定的杆形复合材料防撞杆2连续连接组合，组合长度可以根据公路需要无限组合延伸。立柱3一端埋公路标高下按不同路段防撞等级规定深度预埋。一般路侧立柱间距为2.0m、4.0m，目前拟增加3.0m间距。防撞杆中心高度离公路路面标高的规定为600mm。防撞杆2的纵向杆面上可以设有按照《公路交通标志反光膜-GT/T 18833》规定标准确定的荧光反光标牌4。护栏表层荧光反光标牌物质，夜间阴雨天时可以借助汽车灯光反射荧光识别标志，形成非常美丽的夜景。夜间发出的荧光可以帮助驾驶员认清路界，诱导安全驾驶。

防撞杆2是以高分子复合材料为主体制成的管状体。所述的高分子复合材料包括，树脂基体和增强材料，树脂有普通不饱和聚酯树脂，改性不饱和聚酯树脂，如双酚A型不饱和聚酯、乙烯基树脂、基于环氧树脂的氨基不饱和聚酯树脂、卤代不饱和聚酯。增强材料包括，玻璃纤维、碳纤维、钢纤维、芳纶纤维等，以及由上述通过改性的不饱和柔性聚酯树脂和混杂纤维制成的增强复合材料。本发明最佳实施例采用的是由改性的不饱和聚酯树脂与增强纤维连续缠绕成型的管状体。管状体是由两种或两种以上增强相材料混杂于高强树脂基复合材料基体相材料中构成的混杂结构复合材料。所述的改性树脂是由不饱和聚酯基料，加入柔性树脂复合成高韧性树脂，并引入较长的脂肪链或加入含醚键的二元醇合成一种新型不饱和聚酯，再加入一定量的二异氰酸酯单体与不饱和聚酯反应，制得聚氨酯改性不饱和聚酯。管状护栏防撞杆2由上述缠绕在管状薄壁胎材10上，由多层浸有树脂作基体的增强纤维缠绕在管状薄壁胎材形成的缠绕管，薄壁胎材可以是薄壁Q235钢焊管。增强纤维可以是玻璃纤维、碳纤维、钢纤维、芳纶纤维等。缠绕管上的每层缠绕丝沿经纬方向排列的缠绕角为0°～90°，缠绕方向的缠绕角可以是0°、15°、30°、45°、60°、75°或90°。缠绕前的缠绕丝是经过改性不饱和聚酯树脂浸润。浸润后的增强型高分子复合材料丝通过缠绕机，在上述刚性管状薄壁胎材10管面进行缠绕并成型。在缠绕过程中浸润的高强树脂将自动填涂缠绕丝间的缝隙。防撞杆的基材管状薄壁胎材(10)可以选用圆管形、矩形高频薄壁焊管，壁厚可以是在1mm～2mm间。高分子复合材料丝与增强纤维缠绕丝可以通过层内混杂、层间混杂、层内/层间混杂和超混杂复合缠绕，并可以按护拦构件制件不同部位的强度要求设计纤维的经纬排列，15°30°45°60°75°缠绕角方向不同的排列。

连接支撑杆式复合材料防撞护栏的立柱3，仍然可以沿用材料参数分别为密度7.8，弹性模量筋GPa，泊松比0.27，屈服应力235MPa，强化模量2.58CI的φ114×4.5Q235钢焊管，还可以沿用110x110x4.5/140x140xz4.5Q235方形冷弯空心型钢，由不同等级防撞标准路面确定。立柱3上设有支撑连接防撞杆2的连接座6和缓冲器7。缓冲器7是一个一面制有与立柱3同弧的硬橡胶热压成型防阻块，它可以吸收部分冲击能量，并传递部分能量给立柱3。连接座6和缓冲器7中心位置制有连接防撞杆2的紧固孔。紧固内六角螺栓8通过立柱3径向孔和连接座6和缓冲器7的紧固孔固联防撞杆2，付盖13作为工艺孔保护及装饰用。

参阅图2。图2描述了多跨连续延伸护栏起点和末端的起始点标识器最佳实施例。该起始点标识器1设置于护栏起点和终端，它可以选用抗冲击韧性强的玻璃钢纤维成型，其上可以涂覆反光材料或贴反光膜4。起始点标识器1有一个表明护栏起始点的玻璃钢弯头。起始点标识器1通过轴向连接螺栓5和径向紧固内六角螺栓8连接封头连接器9。

参阅图3。封头连接器9是分别连接相邻两端防撞杆2的连接件。它包括左右两个轴表面制有波纹的台阶轴封头11，在两个台阶轴封头一侧端面上分别制有如图4、图5所示的相互吻合搭接的凸头12，其中一个凸头12制有径向过孔，另一个凸头12上制有径向螺纹孔。凸头12可以是矩形体或图5所示的半圆头。在两相邻防撞杆2连接时，左右两个轴表面制有波纹的台阶轴封头分别插接在左右防撞杆2的端孔内，两凸头相互鸳鸯搭接，紧固内六角螺栓8穿过立柱3、缓冲器7、立柱连接座6对应孔和凸头上对应孔，将防撞杆2连接为一体。

以上所述的仅是本发明的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，比如，本发明起紧固作用的制在轴封头11轴孔台阶上的波纹不是唯一的结构形态，它可以是的波纹，也可以是光轴，还可以是镙纹连接。再比如平行排列的防撞杆2之间还可以连接波纹板，可以根据不同的地面环境而改变。管体不一定是中空，也可以是实心结构，这些变更和改变应视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高分子复合材料公路防撞护栏，包括，以高分子复合材料为主体构成的管状护栏、防阻块、立柱和对接连接器，其特征在于，所述的管状护栏是由多层浸有树脂作基体的增强纤维，缠绕在管状薄壁胎材上缠绕成型的复合材料管状缠绕管，且每层缠绕丝沿缠绕管轴向方向排列的缠绕角为0°～90°。

2.如权利要求1所述的高分子复合材料公路防撞护栏，其特征在于，缠绕管上的每层缠绕丝的缠绕方向的缠绕角是15°、30°、45°、60°、75°。

3.如权利要求1所述的高分子复合材料公路防撞护栏，其特征在于，防撞杆的基材管状薄壁胎材(10)包括圆管形、矩形、波形管形刚性薄壁管。

4.如权利要求1所述的高分子复合材料公路防撞护栏，其特征在于，立柱(3)上设有支撑连接防撞杆(2)的连接座(6)和缓冲器(7)，该连接座(6)和缓冲器(7)中心位置制有连接防撞杆(2)的紧固孔，紧固螺栓(8)通过立柱(3)径向孔和上述紧固孔固联防撞杆(2)。

5.如权利要求4所述的高分子复合材料公路防撞护栏，其特征在于，缓冲器(7)是一个一面制有与立柱(3)同弧的硬橡胶热压成型防阻块，

6.如权利要求1所述的高分子复合材料公路防撞护栏，其特征在于，所述的对接连接器包括，左右两个轴表面制有波纹的台阶轴封头(11)，在两个台阶轴封头一侧端面上分别制有相互吻合搭接的凸头(12)，凸头(12)上制有径向过孔。

7.如权利要求1所述的高分子复合材料公路防撞护栏，其特征在于，所述的高分子复合材料包括，树脂基体和增强材料、普通不饱和聚酯树脂、改性不饱和聚酯树脂，如双酚A型不饱和聚酯、乙烯基树脂、基于环氧树脂的氨基不饱和聚酯树脂、卤代不饱和聚酯。

8.如权利要求7所述的高分子复合材料公路防撞护栏，其特征在于，所述的增强材料包括，玻璃纤维，碳纤维，钢纤维、芳纶纤维和由上述通过改性的不饱和柔性聚酯树脂与混杂纤维制成的增强复合材料。

9.如权利要求7或8所述的高分子复合材料公路防撞护栏，其特征在于，所述的改性树脂基复合材料是由不饱和聚酯基料，加入柔性树脂复合成高韧性树脂，并引入脂肪链或加入含醚键的二元醇合成一种新型不饱和聚酯，再加入二异氰酸酯单体与不饱和聚酯反应，制得的聚氨酯改性不饱和聚酯。

Images