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1、道路金属复合材料防撞栅栏安全设施的可行性研究 赵安岭 重庆公共运输职业学院 摘 要： 近年来道路安全事故频频发生, 人们对道路防撞栅栏的要求越来越高, 传统的金属材料造价高昂而且安全效果差, 已经不能满足目前国家提出的道路安全标准。通过分析欧美国家的公路护栏, 给出了一种新的防撞栅栏材料金属复合材料, 利用实验测试对金属复合材料防撞栅栏的可行性进行研究。实验表明, 复合材料防撞栅栏具有极高的减震能力和缓冲能力, 安全性能比传统材料更高, 而且造价更低, 经济环保, 利于回收, 具有非常高的应用空间。关键词： 道路安全设施; 金属复合材料; 防撞栅栏; 设施可行性; 作者简介：赵安岭, 男, 生
2、于 1989 年, 汉族, 河南周口人, 硕士研究生, 讲师, 研究方向:交通运输规划与管理、智能交通、交通安全管理等。收稿日期：2017 年 10 月基金：重庆市高职院校专业能力建设 (骨干专业) 项目 (渝教高发201646 号) 交通运营管理专业建设Received： 2017 年 10 月目前我国对道路安全的要求越来越高, 在发生交通事故时, 防撞栅栏能够为车辆提供缓冲力, 减少车辆的冲击速度, 降低安全损失。我国道路使用的安全防撞栅栏多为金属材料, 其中绝大部分选用波纹钢材料。本文通过分析欧美国家的公路护栏, 提出了一种新的防撞栅栏材料:金属复合材料。金属复合材料与传统材料的防撞栅栏
3、相比具有如下优点:(1) 安全性更高。车辆在与护栏发生碰撞时, 由于金属材料的护栏很容易被损坏, 所以减震效果很差。但是金属复合材料的护栏具有极高的减振性和缓冲性, 被碰撞时不仅不会被损坏, 而且能够最大程度吸收碰撞能量, 从而降低车辆伤亡程度1。(2) 使用成本更低。金属材料多选用选用波纹钢材料, 这种材料制造复杂, 提取困难, 需要花费大量的成本, 然而金属复合材料不仅质量更轻, 弹性更好, 而且耗费的成本也很低。(3) 环保耐用。金属复合材料制造的防撞护栏使用寿命可以达到 30 年, 在老化后还能全部回收, 通过添加抗老化剂改变性能, 还能制造出其它的产品。由此可见, 金属复合材料制造的
4、防撞护栏具有无可代替的优越性, 非常适合道路安全防护。1 道路金属复合材料防撞栅栏安全设施的撞击测试金属复合材料防撞栅栏适用于所有公路, 尤其是做高速公路的防护措施, 它能够作为汽车行驶出现问题后最重要的一道防线, 直接影响到人的生命财产安全。鉴于此, 国家对金属复合材料防撞栅栏有着非常高的要求, 不仅要有刚性, 还要有柔软性, 同时也要很强的抗冲击强度。目前我国设定的防撞栅栏具体要求为:汽车在撞上护栏后, 前进和后退的距离都不会大于 lm, 汽车和护栏都不能出现严重的损坏, 司机的受伤程度要最小, 而且不会出现死亡。为了测试道路金属复合材料防撞栅栏安全设施的可行性, 从北京汽车测试中心选用重
5、量为1.5 t 的汽车去撞击护栏, 撞击角度为 200, 撞击的速度为 80 km/h, 汽车从撞击到自动停下时的距离小于 1 m。这种测试每次会花费的费用大约为 18 万元RMB, 测试次数为 4 次2。金属复合材料的性能如下表 1 所示。表 1 金属复合材料性能 下载原表 根据表 1 的金属复合材料性能进行尝试性测试, 第一次以美国 Dow 公司的 PE SQ1503 作为复合材料设置的防撞栅栏, 但是这种材料得出的防撞栅栏冲击强度很差, 汽车在撞击一次后, 栅栏就会断裂;第二次测试选用国内进口材料制作栅栏, 但是由于内部密度不均匀, 导致栅栏刚性过低, 很容易裂开;第三次在第二次的基础上
6、加入了 PE 材料, 虽然刚性强度有所增加, 但是冲击强度不足, 所以依然不能承受巨大的冲撞力;第四次采用中国石油化工股份有限公司广州分公司开发的 PE 8301 作为复合材料, 可是这种材料在未经受撞击时就已经出现裂纹, 根本不需要实验3。2 金属复合材料防撞栅栏安全设施的可行性实验研究上述四次试验都是以失败的结果告终, 为了研究失败原因, 提高可行性, 设计了实验。汽车以速度 V 去撞击护栏, 撞击角度为 20, 将汽车速度分为水平速度 Vx和竖直速度 Vy, 其中 Vx=Vsin20;Vy=Vcos20。根据计算结果可知 Vx值要远远小于 Vy, 因此在设计护栏时要重点加强其在竖直方向的
7、抗冲击能力4。汽车在受到撞击时, 材料本身的冲击强度必须要远大于护栏受到的垂直冲击强度。因此在生产防撞栅栏时就要加强护栏的抗缓冲能力, 生产时首先要将原料打磨粉碎, 然后放入磨具中, 模具固定到滚塑机的支架上, 启动滚塑机, 接着将温度升高到 300, 在恒温 30min 后停止加热处理, 再然后对模具进行风干, 最后用水冷却 15min5。这样得到的模具必然存在很大的内应力, 产品在受到撞击时产生的弹性形变较小, 使得冲击强度相应变小, 车辆撞上后可以被有效阻拦。实验表明, 通过上述操作得到的金属复合材料防撞栅栏具有极强的抗冲击能力, 能够有效减少车辆震动, 大大提高车辆道路行驶的安全性。2
8、 结语金属复合材料防撞栅栏是在金属材料防撞栅栏的基础上提出的, 本文通过实验验证了金属复合材料防撞栅栏的可行性。实验表明:金属复合材料防撞栅栏的弯曲强度要比金属材料的弯曲强度高出 20%, 结构冲击强度高 15%, 而密度仅为金属材料的一半, 质量更轻, 造价更低。除此之外, 金属复合材料防撞栅栏拆装更加方便, 只要用螺丝就可以连接起来, 安装速度快, 使用效率高。综上所述, 金属复合材料防撞栅栏能够加快国内公路快速发展, 为道路安全提供有效保障。参考文献1胡传波, 厉英, 孔亚州, 等.聚邻氯苯胺-纳米 Si C/环氧树脂复合材料的制备与防腐性能J.复合材料学报, 2017, 34 (6) :1167-1176. 2马荣琨, 王莹莹, 苏东民.鲜腐竹保鲜技术的研究J.粮食与油脂, 2016, 29 (7) :43-45. 3崔学常, 张锡祥, 巫祖烈.FRP 桥梁人行道栏杆工程应用效果研究J.重庆交通大学学报 (自然科学版) , 2016, 35 (3) :22-26. 4祝露, 刘伟庆, 方海, 等.内河桥梁用新型复合材料防船撞护舷的结构设计与工程应用J.玻璃钢/复合材料, 2015 (7) :63-68. 5冒一锋, 刘伟庆, 方海, 等.乌龙江大桥船撞力及复合材料防撞系统研究J.公路工程, 2015, 40 (4) :28-32.
