1前言
最早興起于歐美國家的
鋁合金防護欄，曾經(jīng)被廣泛的 應(yīng)用，同時也針對于鋁合金產(chǎn)品制定了相關(guān)的行業(yè)標準， 相對于我國國情，鋁合金護欄的使用才剛剛起步，人們此 時還沒有完全意識到鋁合金護欄產(chǎn)品在實際生活使用中完 美且獨到的方面，在如今的生活中，隨處都能看到護欄表 面銹跡斑斑、嚴重腐蝕、脆化等現(xiàn)象，這些問題嚴重的污 染了現(xiàn)在文明城市的發(fā)展與建設(shè)，同時存在的安全隱患也 時刻威脅著人們生命財產(chǎn)的安全。因此鋁合金護欄節(jié)能環(huán) 保，易著色，輕量化等優(yōu)點顯得更為突出，鋁合金護欄代 替?zhèn)鹘y(tǒng)防護欄的趨勢勢在必行，具有前景廣闊的發(fā)展空間。
2現(xiàn)有護欄產(chǎn)品分類及對比
常見的護欄按材質(zhì)分類，主要有木質(zhì)護欄、不銹鋼護 欄、鐵藝護欄、鋁合金護欄等。其中木質(zhì)護欄有工藝簡單 污染小的特點，但其材質(zhì)易腐爛、使用壽命短、對森林資 源破壞極為嚴重等缺點尤為明顯；不銹鋼護欄雖然有耐腐 蝕的特點，但是真正意義上的304不銹鋼護欄造價高昂不 易廣泛的推廣使用；合金含量低的不銹鋼護欄產(chǎn)品，抗腐 蝕性極差，同時不銹鋼護欄不易著色、形狀單一，很難做 到和諧搭配；鐵藝護欄制造成本低，但是使用壽命短，抗 腐蝕性差；而鋁合金型材做的護欄具有性能穩(wěn)定、耐腐蝕 性好、強度高、使用壽命長的優(yōu)點E,加之更成熟的加工 工藝及表面處理技術(shù)，生產(chǎn)出的護欄產(chǎn)品更為符合當今時 代的對隔離防護產(chǎn)品的需求。
3鋁合金護欄的結(jié)構(gòu)設(shè)計
鋁合金護欄是由橫梁、立柱、底座、尖角、立桿、立 柱、圖樣型件等組成。本產(chǎn)品從設(shè)計理念上完全符合當今 時代對防護欄產(chǎn)品外形美觀度的追求。
3.1鋁合金護欄的3D模型
基于SolidWorks圖形繪制軟件，設(shè)計鋁合金護欄3D 模型如圖1所示。
圖1框架3D模型及其效果
3.2鋁合金護欄的工程圖
本產(chǎn)品設(shè)計上為了追求其嚴密性與視覺感官，整體的 設(shè)計結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，工程圖紙的輸出量很大，為了設(shè)計的 保密性本文只展現(xiàn)整體正視圖及其基本尺寸，如圖2所示。
3.3鋁合金護欄的連接方式介紹
鋁合金護欄采用螺接、插接、焊接相結(jié)合的連接方式， 兩側(cè)立柱與中間橫梁通過U型連接件進行連接。其U型 連接槽封閉的一端，通過點焊的方式，固定在立柱相應(yīng)的 尺寸位置。另一端的插片通過螺接的方式與橫梁固定在一 起。細桿部分，通過插接的方式，插入四根橫梁對應(yīng)插接 孔中。頂端尖角插入細桿方管頂端，并通過點焊的方式使 其徹底固定。中間花樣與錢幣圖案件，通過點焊的方式固 定在細桿兩側(cè)。最后兩側(cè)立柱底端通過焊接的方式固定在 底座上。
3.4鋁合金護欄結(jié)構(gòu)設(shè)計的參考依據(jù)
本護欄產(chǎn)品在滿足其強度要求、結(jié)構(gòu)要求的情況下， 按照GBZT6892-2006《一般工業(yè)用鋁及鋁合金擠壓型材》 規(guī)定，本鋁合金護欄產(chǎn)品釆用6061-T5I業(yè)用鋁。
在焊接工藝方面，按照GB/T10858-2008《鋁及鋁 合金焊絲》相關(guān)規(guī)定，采用MIG電弧焊，焊接鋁合金 護欄結(jié)構(gòu)件，其中焊絲的材質(zhì)選用5083,立柱與連接 件，立桿與鋁合金型件間均選取直徑為1.2mm的焊絲， 焊接方式為點焊。立柱與底座焊接處，選取焊絲直徑為 2.0mm,焊接方式為滿焊。
本產(chǎn)品在連接件與橫梁上為了避免不必要的鋁合 金焊接應(yīng)力，釆用螺接的方式進行連接，分別按照GB/ T5782-2000、GB/T6170《機械設(shè)計手冊》采用M12的 六角螺栓與螺母進行連接。
4強度驗證
4.1有限元建立
在有限元模型建立中，對護欄幾何模型進行了適當簡 化，去除掉一些非承載部件（例如圖樣等），去除部分為 美觀優(yōu)化設(shè)計對整體受力強度影響較小，且不考慮焊接結(jié) 構(gòu)的失效問題。型件間的連接件采用實體單元劃分口。
鋁合金護欄型材選用6061-T5鋁合金，該合金具有 加工性能極佳、強度高等優(yōu)點氣 選用6061-T5鋁合金， 可提高結(jié)構(gòu)整體剛度。具體的材料性能參數(shù)見表1。
表1護欄結(jié)構(gòu)材料屬性
部位 名稱 彈性系數(shù)/GPa 彎曲極限強度/MPa 密度/g . cm3 受屈服強度/MPa
型材 6061 68.9 228 2.80 55.2
對護欄整體進行力學簡化，將底板所受力簡化為均布 載荷，在實際應(yīng)用中要求最大為7級風載的作用下，以均 布載荷的形式施加在受力桿上。模擬分析鋁合金護欄在7 級風載下的應(yīng)力和變形。
4.2模擬結(jié)果分析
針對護欄特殊情況下的強度要求，并采用Solidworks simulation有限元模擬軟件進行強度分析，具體數(shù)據(jù)如表 3 （ a、b ）所示，應(yīng)力云圖與位移云圖。
圖3a為鋁合金護欄在7級風載作用下的應(yīng)力云圖。 由圖可見，應(yīng)力集中出現(xiàn)在兩側(cè)立柱底端，最大應(yīng)力為 6.467MPa,遠小于6061鋁合金的屈服強度，其他位置 應(yīng)力分布均勻，無應(yīng)力集中現(xiàn)象，整體強度滿足使用需求。
圖3b為鋁合金護欄在7級風載作用下的位移云圖。 由圖可見，集裝板最大位移發(fā)生護欄頂端位置，最大位移 為9.468mm,滿足產(chǎn)品性能要求。
圖3風載情況下（a）應(yīng)力云圖；（b）位移云圖
5結(jié)語
鋁合金護欄在技術(shù)上不斷改進和優(yōu)化，突出了其性能 特點，一定會被越來越多的適宜環(huán)境所需求。本次設(shè)計的 鋁合金護欄具備一定的優(yōu)勢，具體有以下3個方面：
1 ）外觀方面
本次設(shè)計的鋁合金護欄產(chǎn)品，外觀簡潔大方，符合 二十一世紀新型防護隔離產(chǎn)品的實際需要。同時先進的表 面處理技術(shù)，使產(chǎn)品表面更加光滑。
2） 功能方面
本產(chǎn)品一般在工廠及小區(qū)周邊使用，起到隔離區(qū)域與 保護人們生命財產(chǎn)安全的作用，在原有單一樣式的基礎(chǔ)上 更加追求護欄的樣式設(shè)計，將藝術(shù)性的美感融入其中，符 合當今時代的主旋律。
3） 材質(zhì)方面
護欄選用鋁合金型材擁有其他材料無可比擬的優(yōu)勢， 具有質(zhì)量輕、強度高、耐腐蝕性強、著色效果明顯且不易 褪色等優(yōu)點，并且可以較為容易通過擠壓、切割等方式獲 得所需型件，制作工期極為短暫，批量生產(chǎn)能力強。
參考文獻
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[3]束德林等.工程材料力學性能|M],北京：機械工業(yè) 出版社,2006.
轉(zhuǎn)自：Loading image《中國建材科技》2018年第2期 曹善鵬李超鄭雅如聶樞昕孫巍（遼寧忠旺集團有限公司，遼寧遼陽111003）
