1前言
最早兴起于欧美国家的
铝合金防护栏，曾经被广泛的 应用，同时也针对于铝合金产品制定了相关的行业标准， 相对于我国国情，铝合金护栏的使用才刚刚起步，人们此 时还没有完全意识到铝合金护栏产品在实际生活使用中完 美且独到的方面，在如今的生活中，随处都能看到护栏表 面锈迹斑斑、严重腐蚀、脆化等现象，这些问题严重的污 染了现在文明城市的发展与建设，同时存在的安全隐患也 时刻威胁着人们生命财产的安全。因此铝合金护栏节能环 保，易着色，轻量化等优点显得更为突出，铝合金护栏代 替传统防护栏的趋势势在必行，具有前景广阔的发展空间。
2现有护栏产品分类及对比
常见的护栏按材质分类，主要有木质护栏、不锈钢护 栏、铁艺护栏、铝合金护栏等。其中木质护栏有工艺简单 污染小的特点，但其材质易腐烂、使用寿命短、对森林资 源破坏极为严重等缺点尤为明显；不锈钢护栏虽然有耐腐 蚀的特点，但是真正意义上的304不锈钢护栏造价高昂不 易广泛的推广使用；合金含量低的不锈钢护栏产品，抗腐 蚀性极差，同时不锈钢护栏不易着色、形状单一，很难做 到和谐搭配；铁艺护栏制造成本低，但是使用寿命短，抗 腐蚀性差；而铝合金型材做的护栏具有性能稳定、耐腐蚀 性好、强度高、使用寿命长的优点E,加之更成熟的加工 工艺及表面处理技术，生产出的护栏产品更为符合当今时 代的对隔离防护产品的需求。
3铝合金护栏的结构设计
铝合金护栏是由横梁、立柱、底座、尖角、立杆、立 柱、图样型件等组成。本产品从设计理念上完全符合当今 时代对防护栏产品外形美观度的追求。
3.1铝合金护栏的3D模型
基于SolidWorks图形绘制软件，设计铝合金护栏3D 模型如图1所示。
图1框架3D模型及其效果
3.2铝合金护栏的工程图
本产品设计上为了追求其严密性与视觉感官，整体的 设计结构较为复杂，工程图纸的输出量很大，为了设计的 保密性本文只展现整体正视图及其基本尺寸，如图2所示。
3.3铝合金护栏的连接方式介绍
铝合金护栏采用螺接、插接、焊接相结合的连接方式， 两侧立柱与中间横梁通过U型连接件进行连接。其U型 连接槽封闭的一端，通过点焊的方式，固定在立柱相应的 尺寸位置。另一端的插片通过螺接的方式与横梁固定在一 起。细杆部分，通过插接的方式，插入四根横梁对应插接 孔中。顶端尖角插入细杆方管顶端，并通过点焊的方式使 其彻底固定。中间花样与钱币图案件，通过点焊的方式固 定在细杆两侧。最后两侧立柱底端通过焊接的方式固定在 底座上。
3.4铝合金护栏结构设计的参考依据
本护栏产品在满足其强度要求、结构要求的情况下， 按照GBZT6892-2006《一般工业用铝及铝合金挤压型材》 规定，本铝合金护栏产品釆用6061-T5I业用铝。
在焊接工艺方面，按照GB/T10858-2008《铝及铝 合金焊丝》相关规定，采用MIG电弧焊，焊接铝合金 护栏结构件，其中焊丝的材质选用5083,立柱与连接 件，立杆与铝合金型件间均选取直径为1.2mm的焊丝， 焊接方式为点焊。立柱与底座焊接处，选取焊丝直径为 2.0mm,焊接方式为满焊。
本产品在连接件与横梁上为了避免不必要的铝合 金焊接应力，釆用螺接的方式进行连接，分别按照GB/ T5782-2000、GB/T6170《机械设计手册》采用M12的 六角螺栓与螺母进行连接。
4强度验证
4.1有限元建立
在有限元模型建立中，对护栏几何模型进行了适当简 化，去除掉一些非承载部件（例如图样等），去除部分为 美观优化设计对整体受力强度影响较小，且不考虑焊接结 构的失效问题。型件间的连接件采用实体单元划分口。
铝合金护栏型材选用6061-T5铝合金，该合金具有 加工性能极佳、强度高等优点气 选用6061-T5铝合金， 可提高结构整体刚度。具体的材料性能参数见表1。
表1护栏结构材料属性
部位 名称 弹性系数/GPa 弯曲极限强度/MPa 密度/g . cm3 受屈服强度/MPa
型材 6061 68.9 228 2.80 55.2
对护栏整体进行力学简化，将底板所受力简化为均布 载荷，在实际应用中要求最大为7级风载的作用下，以均 布载荷的形式施加在受力杆上。模拟分析铝合金护栏在7 级风载下的应力和变形。
4.2模拟结果分析
针对护栏特殊情况下的强度要求，并采用Solidworks simulation有限元模拟软件进行强度分析，具体数据如表 3 （ a、b ）所示，应力云图与位移云图。
图3a为铝合金护栏在7级风载作用下的应力云图。 由图可见，应力集中出现在两侧立柱底端，最大应力为 6.467MPa,远小于6061铝合金的屈服强度，其他位置 应力分布均匀，无应力集中现象，整体强度满足使用需求。
图3b为铝合金护栏在7级风载作用下的位移云图。 由图可见，集装板最大位移发生护栏顶端位置，最大位移 为9.468mm,满足产品性能要求。
图3风载情况下（a）应力云图；（b）位移云图
5结语
铝合金护栏在技术上不断改进和优化，突出了其性能 特点，一定会被越来越多的适宜环境所需求。本次设计的 铝合金护栏具备一定的优势，具体有以下3个方面：
1 ）外观方面
本次设计的铝合金护栏产品，外观简洁大方，符合 二十一世纪新型防护隔离产品的实际需要。同时先进的表 面处理技术，使产品表面更加光滑。
2） 功能方面
本产品一般在工厂及小区周边使用，起到隔离区域与 保护人们生命财产安全的作用，在原有单一样式的基础上 更加追求护栏的样式设计，将艺术性的美感融入其中，符 合当今时代的主旋律。
3） 材质方面
护栏选用铝合金型材拥有其他材料无可比拟的优势， 具有质量轻、强度高、耐腐蚀性强、着色效果明显且不易 褪色等优点，并且可以较为容易通过挤压、切割等方式获 得所需型件，制作工期极为短暂，批量生产能力强。
参考文献
[1]张其林,姚念亮等.铝合金结构设计规范北京：中 国计划出版社，2008 .
[2]孙训方等.材料力学[M].北京：高度教育出版社， 2009.
[3]束德林等.工程材料力学性能|M],北京：机械工业 出版社,2006.
转自：Loading image《中国建材科技》2018年第2期 曹善鹏李超郑雅如聂枢昕孙巍（辽宁忠旺集团有限公司，辽宁辽阳111003）
