高强柔性树脂基体复合材料防撞护栏.pdf

本发明提出的一种高强柔性树脂基体复合材料防撞护栏，具有一个沿纵向延伸并在复合材料中内置钢筋架的护拦型材。浸胶的增强纤维按延性铺层方式，以层间混杂、层内/层间混杂结构缠绕成型在具有抗弯曲截面的钢筋骨架上，复合成纤维增强树脂基复合材料连续型材。本发明用两种或两种以上增强相材料混杂于树脂基复合材料基体相材料中构成的混杂结构复合材料。通过层间混杂按护拦构件制件不同部位的强度要求设计纤维的排列，使纤维增强材料具有各向异性，损伤后易修理。与普通单增强相复合材料比，比重小、比强度和比模量大。冲击强度、疲劳强度和断裂韧性高。

1.  一种高强柔性树脂基体复合材料防撞护栏，具有一个沿纵向延伸并在复合材料中内置钢筋架的护拦型材，其特征在于，浸胶的增强纤维按延性铺层方式，以层间混杂、层内/层间混杂结构缠绕成型在具有抗弯曲截面的钢筋骨架上，复合成纤维增强树脂基复合材料连续型材。

2.  如权利要求1所述的高强柔性树脂基体复合材料防撞护栏型材，其特征在于，所述的高强树脂基结构复合材料基体树脂是在不饱和聚酯基料加入柔性树脂复合成的高韧性树脂，并在聚酯分子结构中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，同时.在制得的不饱和聚酯中加入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，把上述得到的高韧性树脂、新型不饱和聚酯和聚氨酯改性不饱和聚酯按比例混合组成改性不饱和聚酯韧性基体材料，然后辅以填充料经充分捏合制成护栏专用的高强树脂基结构复合材料。

3.  如权利要求1或2所述的高强柔性树脂基体复合材料防撞护栏型材，其特征在于，增强纤维按延性铺层方式嵌入于高强树脂基结构复合材料中，并通过缠绕方式将增强纤维复合成连续型材。

4.  如权利要求1所述的高强柔性树脂基体复合材料防撞护栏，其特征在于，所述增强材料是玻璃纤维、碳纤维、钢纤维、芳纶纤维等增强纤维。

5.  如权利要求1所述的高强柔性树脂基体复合材料防撞护栏，其特征在于，所述的抗弯曲几何型面包括，波纹截面、双空心圆柱或椭圆柱“8”字截面，斧头形双曲面工字截面、槽型截面、C型断面、鼓形断面、鼓形箱梁断面。

6.  如权利要求1所述的高强柔性树脂基体复合材料防撞护栏，其特征在于，所述的填料至少包括三种，一种是白云石粉或天然砂，另一种是颜料钛白粉或立德粉，第三种是蛭石粉；前两种填料重量比为5∶1至3∶1，硅橡胶生胶重量与这两种填料总重量之比为1.1∶0.9至0.9∶1.1，第三种填料重量为硅橡胶生胶重量的4～8％。

高强柔性树脂基体复合材料防撞护栏
技术领域
本发明涉及一种主要用于公路、桥梁，尤其是高速公路上的复合材料护拦构件，更具体的说，本发明是一种高强柔性树脂基体复合材料防撞护栏。本发明描述中涉及的护拦构件，是以高速公路上为主要对象的护拦类构件，但可以认为本发明描述中涉及的护拦材料还可以适用于各种用途的护拦产品，比如：铁路/公路护栏、农场护栏、动物护栏、各类体育场地护拦设备、游泳池安全护栏、管道和隧道围护设备、防雪栏、指示牌、管道和隧道围护设备、安防用途的护拦、锁链护拦等。
背景技术
按照国际惯例，评价护拦的标准一般包括结构标准、乘员风险标准和轨迹标准三个方面的标准。结构标准是指护栏要达到防护功能的要求，工程结构上要满足的指标。结构标准一般要求护栏应具备足够的强度，不至于被车辆冲断而越过护栏，且护栏不被车辆翻越或爬越。乘员风险标准是指乘员在受到冲击时，身体所受到的冲击加速度的指标。一般要求乘员所受伤害不会有大的后遗症，且乘员仅对系安全带的乘员而言。轨迹标准是指车辆在碰撞护栏之后，车辆驶出时的轨迹状况。要求一般不驶出相邻于护栏的车道，不与同向车辆相撞或影响同向车辆的行驶。
其次是结构参数：各种类型护栏结构参数设计都要考虑护栏强度、基础形式、护栏结构外形、护栏高度的因素。强度是满足护栏不被冲断、车辆不穿越的必要条件。基础是保证护栏稳定性和护栏强度发挥的前提。护栏的结构外形影响护栏的导向能力。高度是防止大型车辆翻越的重要因素。对于桥梁混凝土护栏，护栏的强度主要通过配筋来达到要求；基础稳固性通过和桥梁的翼缘板连接来实现，并考虑桥面系的安全；护栏的结构外形主要考虑护栏的内侧坡面形式；护栏的高度建立在模拟和实车检验，保证大型车辆不翻越的基础上。
现有技术中多由热镀锌板加工制成的高速公路防护拦板，安置在露天，受气候及环境的影响，虽然涂有良好耐候性、抗腐蚀等性能的表面涂膜，在日晒雨淋的氧化作用下，耐候性及抗腐蚀等性能寿命逐渐缩短，不断析出锈蚀，氧化而产生的氧化皮不断脱落，破损的护栏日益增多。这种由热轧板材质制造的高速公路防护拦板，不仅占用了大量的金属资源，而且其再利用价值高，暴露在大庭广众之下，容易成为小偷下手的目标，使护栏等公共设施成为小偷的猎物，护栏被盗严重，屡修屡盗而变得满目疮痍。
随着车辆状况、道路状况的不断发生变化和新交通安全理念的不断更新，现有技术出现了塑料护栏、混凝土护栏、水泥混合物护栏、铝合金护栏、PVC护栏、乙烯基护栏等各种用途的护拦。目前采用高分子材料，如高强度工程塑料制造的护拦，以及采用不饱和树脂、增强剂、少量固化剂、脱模剂和着色剂，填充料经充分捏合成粘接料构成的“3”型护拦或“波纹板式”栏杆结构的护拦构件，虽然具备了一定的抗冲击强度，，不易磨损，风吹日晒雨淋，不锈蚀，不变形，维修快捷的特点，但其通用的不饱和聚酯的交联密度较低，拉伸强度和硬度都较低，其断裂伸长率较低、冲击性能差，还不能解决树脂强度与屈服伸长率之间的矛盾，不满足高速公路被车辆冲断而越过护栏的结构标准所需的足够强度，而不能作为高速铁路/公路的护栏。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种成本低，易制造，损坏后可快速局部拼装或更换，无需经常刷漆，能够降低撞击损伤，减少应力破坏强度，并能规避常规复合材料弱点，具有抗冲击强度高，韧性好，屈服伸长率大于5％以上，防碰撞性能优异的高强树脂基防撞护栏。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高强柔性树脂基体复合材料防撞护栏，具有一个沿纵向延伸并在复合材料中内置钢筋架的护拦型材，其特征在于，浸胶的增强纤维按延性铺层方式，以层间混杂、层内/层间混杂结构缠绕成型在具有抗弯曲截面的钢筋骨架上，复合成纤维增强树脂基复合材料连续型材。
本发明所述的抗弯曲几何型面包括，波纹截面、双空心圆柱或椭圆柱“8”字截面，斧头形双曲面工字截面、槽型截面、方形断面、C形断面、鼓形断面、鼓形箱梁断面。
本发明相比于现有技术的有益效果在于，由于内置在高强树脂基结构复合材料中的钢筋，以及增强纤维连续缠绕成型抗弯曲几何型面的型材组成的护拦构件，相比于金属刚性护拦构件成本低，易制造，现代感强，损坏后可快速局部拼装或更换，无需经常刷漆。本发明用两种或两种以上增强材料混杂于高强树脂基结构复合材料基体相材料中构成的混杂结构复合材料。通过层间混杂，并按护拦构件制件不同部位的强度要求设计纤维的排列，使纤维增强材料具有各向异性，损伤后易修理。与普通单增强相复合材料比，比重小、比强度和比模量大。冲击强度、疲劳强度和断裂韧性高。
本发明与现有技术的普通防护护栏相比，可以增加7％-15％的保护范围。假设本发明构成的护栏的应用范围为6000公里，每年可以减少伤亡事故500-980起人次。通过与目前我国高速公路上常用的护栏及国外同类护栏的性价比分析。在不考虑市场材料的价格的波动和维护费用的条件下，钢性材料护栏采购价大约4000-6000元/吨，钢筋混凝土350元/立方米。而本发明构成的护栏比重只有钢性护栏的三分之一。
附图说明
本发明的具体结构将参照附图通过实施例进一步描述。
图1表示本发明防撞护栏构件一个实施例的纵向主视图。
图2是图1的横截面透视剖面图。
图3是本发明护拦构件第二个实施例的纵向视图。
图4是图3的横截面透视剖面图。
图5是本发明护拦护拦第三个实施例的横剖面构造示意图。
具体实施方式
参阅图1、图2。下面通过实施例一步说明本发明。在以下实施例中，复合材料是将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成。其组成包括基体和增强材料两个部分。复合材料结构通常一个相为连续相称为基体；而另一相是一以独立的形态分布在整个基体中的分散相。图中显示了一个以现有技术形式沿纵向延伸，并在复合材料中内置钢筋的护拦护板结构形态。本发明的实施例在现有技术的基础上，利用聚氨酯改性不饱和聚酯树脂的方法，合成了一种高强树脂基结构复合材料专用树脂。该高强树脂基结构复合材料专用树脂是在不饱和聚酯基料加入柔性树脂复合成的高韧性树脂，并在聚酯分子结构中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，并在制得的不饱和聚酯中加入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，把得到的高韧性树脂、新型不饱和聚酯、聚氨酯改性不饱和聚酯按比例混合组成改性不饱和聚酯韧性基体材料，然后辅以填充料经充分捏合制成护栏专用的高强树脂基结构复合材料专用树脂。该高强树脂基结构复合材料专用树脂固化后，具有能够达20MPa以上拉伸强度和高达100％断裂伸长率及较高的抗冲击韧性，
上述钢筋内置在高强树脂基结构复合材料中，用前后两层钢丝网3将沿纵向延伸的钢筋4设置在两层钢丝网3之间(未示出)，或板状型材面2与钢丝网3之间，并把它们包履在有增强纤维连续缠绕，间隔铺层叠合辊压或模压成型护拦构件的高强树脂基结构复合材料1中。并以层间混杂、层内/层间混杂方式缠绕成型在板状/管状型材之中。板状型材面2后侧可以是向内凹的圆弧曲面，用以提高冲击载荷的抗弯曲强度。
所述具有抗弯曲几何型面还可以由下述实施例予以体现。
在图3、图4所示实施例中，护拦构件截面可以用小型缠绕机，将钢筋4和钢丝网3混杂按“8”形摆放，用高强树脂基结构复合材料2缠绕成型为如图所示的具有双空心圆柱或椭圆柱“8”字截面，或双实心圆柱或椭圆柱“8”字截面，使之成为8字圆弧过度的厚壁筒。此外，还可以是上述双空心圆柱或椭圆工字截面对称组成的“器”字形状的截面。其中位于支撑两个双空心圆柱厚壁筒或椭圆柱厚壁筒之间的工字支撑柱是具有材料力学弹性力学性能的双曲面形结构。这样，板状型材面2和双曲线工字支撑柱的结构形态，可以对来自正面的冲击载荷产生缓冲和反作用弯曲力矩。当冲击载荷大于弯曲力矩时，可通过本发明采用的新型高分子复合新材料和其中的增强纤维，以及钢丝网3的抗冲击韧性吸收能量。同时通过复合材料提高的屈服伸长率，降低撞击损伤，减少应力破坏强度。为节省材料和富有美感的需要，在护拦构件的长度方向可以制有如图3所述的减轻孔6。
在图5所示的另一个实施例中，护拦构件截面还可以是斧头形双曲面“H”字形截面，混杂在高强树脂基结构复合材料中的夹芯钢筋4和钢丝网3，可以将钢丝网3设置在钢筋4的前端或后端。钢筋4在两排的情况下，可以间缝错位排列，以增强缓冲和弹性模量。护拦构件截面可以设有横向或纵向的蜂窝5吸能结构形态(虚线部位)，用于在缓冲过程中吸收冲击载荷能量。在板状型材面2后侧可以制成能够提高抗弯曲强度的向内凹的圆弧曲面。本实施例还可以制成双向对称的“H”字形斧头形截面结构形态，中间由双曲面反时针旋转90度的工字柱支撑。
填料至少有三种，一种是白云石粉或天然砂，另一种是颜料钛白粉或立德粉，第三种是蛭石粉；前两种填料重量比为5∶1至3∶1，硅橡胶生胶重量与这两种填料总重量之比为1.1∶0.9至0.9∶1.1，第三种填料重量为硅橡胶生胶重量的4～8％，
在上述实施例中，所有截面都可以设有或不设有蜂窝状吸能结构形态。所述钢筋可以采用非金属刚性复合结构。所述增强纤维可以是碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、芳纶纤维等等。为使护拦构件具有各向异性，纤维增强材料可以按护拦制件不同部位的强度要求设计纤维的排列。由此构成的护拦构件具有向路面凸出的C曲面或波纹曲面抗弯曲力学型面的第一道防线；内置钢筋的第二道防断裂的骨架防线；高强树脂基结构复合材料和/或蜂窝结构吸能的第三道缓冲带防线，还可以有后侧向路面内凹的圆弧曲面抗弯应力的第四道防线。
除上述实施例外，本发明的护拦构件截面形状还可以是方形断面、C形断面、鼓形断面、鼓形箱梁断面等结构形态。
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，本发明断面结构形态可以做成其他形状的力学结构形态，比如向纵向延伸的前后波浪形状。板状型材面还可以考虑在美感上作一些凹凸图案设计，交通标志图案设计。也可以根据不同的地面环境改变成上下波浪形状。中空结构或实心结构，这些变更和改变应视为属于本发明的保护范围。