一种3D打印超材料防撞护栏

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，具体为一种3D打印超材料防撞护栏。

背景技术

目前传统的防护栏多是由波浪形金属防护带与锚固装置组成，发生撞击时，防护带产生纵向压缩变形吸收冲击能量，减少撞击时造成的伤害，但这种结构存在吸收的能量较小，缓冲效果差等缺陷，撞击后车辆易冲出路面，特别是当车辆发生侧面碰撞时，由于撞击面积较小，对车辆局部造成的损害大。

发明内容

为了克服传统防护栏能量吸收较小、缓冲效果差等的技术缺陷，本发明提供了一种防止车辆冲出道路的3D打印超材料防撞护栏，这种护栏不仅刚度小，能量吸收效率高，而且碰撞时可以对车辆进行缓冲减速，减小车辆受到的冲击伤害，同时防止车辆冲出车道。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种防止车辆冲出道路的3D打印超材料防撞护栏，包括护栏、混凝土柱和螺栓，所述护栏包括内层钢片、夹芯层和外层钢片，所述内层钢片、所述外层钢片分别粘合于所述夹芯层的两侧，多个所述护栏通过所述螺栓连接，且相邻的所述护栏连接处设置有所述混凝土柱。

进一步的技术方案，所述夹芯层由若干个单胞结构堆叠组成，所述单胞结构是由12条相同的不锈钢条连接组成的正方体，所述不锈钢条朝所述正方体中心点处内凹，所述不锈钢条上设置有两条相互垂直的直钢条，相邻所述单胞结构通过所述直钢条连接。

进一步的技术方案，所述内层钢片的左右两端和所述外层钢片的左右两端均开设有预留孔洞，所述螺栓穿过所述预留孔洞将相邻的所述护栏固定。

进一步的技术方案，所述内层钢片与所述夹芯层的粘合面、所述外层钢片与所述夹芯层的粘合面均打磨光洁。

进一步的技术方案，所述夹芯层内侧有凸起，所述外层钢片上有与所述夹芯层内侧相配合的槽。

进一步的技术方案，相邻的所述护栏连接处嵌入所述混凝土柱内。

本发明的有益效果是：

本发明提供的一种3D打印超材料防撞护栏，具有自重小、刚度小、能量吸收率高的优点：

①护栏的夹芯层选用星型负泊松比超材料代替传统的波浪形金属，显著减小了护栏的自重；

②夹芯层为内部具有较多空隙的结构，有利于夹芯层碰撞时产生弹性形变，提高护栏的能量吸收率；

③夹芯层通过3D打印制得，不需要另外准备机床、刀具或制作模具，有助于摒弃传统生产线的生产模式，降低设备成本，同时，3D打印设备还可以根据不同桥墩的实际形状和大小，直接从计算机图形数据输出相对应的件，实用性好；

④通过3D打印制作夹芯层，不需要剔除边角料，提高了材料利用率，有助于减少生产成本；

⑤当护栏受到碰撞时，护栏的凸起部位与汽车接触后产生弹性变形，有助于增大护栏与汽车碰撞时侧面的接触面积，减小汽车局部受到的冲击伤害，降低车辆的损坏程度，同时也能防止车辆冲出道路。

附图说明

图1是本发明中一种3D打印超材料防撞护栏整体结构示意图。

图2是内层钢片之间、外层钢片之间的连接结构示意图。

图3是护栏连接处与混凝土柱位置示意图。

图4是图3的俯视图。

图5是护栏结构示意图。

图6是夹芯层单胞结构示意图。

图7是相邻单胞结构之间连接示意图

附图标记：内层钢片1、外层钢片2、夹芯层3、混凝土柱4、螺栓5、预留孔洞6、凸起7、槽8、单胞结构9、不锈钢条10、直钢条11。

具体实施方式

下面结合图1-7对本发明进行详细说明，为叙述方便，现对下文所说的方位规定如下，下文所说的上下左右前后方向与图1本身投影关系的上下左右前后方向一致，并非表示所述原件必须具有特定的方位。

参照附图1-7，本实施例提供了一种3D打印超材料防撞护栏，包括护栏、混凝土柱4和螺栓5，护栏包括内层钢片1、夹芯层3和外层钢片2，内层钢片1粘合于夹芯层3内侧，外层钢片2粘合于夹芯层3外侧，相邻护栏通过螺栓5连接，护栏连接处设置有混凝土柱4。通过选用星型负泊松比超材料的夹芯层3制做护栏，既降低了护栏的自重，又增大了护栏吸收碰撞能量的效果，有助于保护车辆及车内的乘客。

为了提高夹芯层的吸能碰撞能量的效果，进一步的，夹芯层3由若干个单胞结构6堆叠组成，单胞结构6是由12条相同的不锈钢条10连接组成的正方体，不锈钢条10朝正方体中心点内凹相同角度，不锈钢条10的内凹节点处设置有两条相互垂直的直钢条11，直钢条11垂直于不锈钢条10所在面向外延伸，相邻单胞结构6通过直钢条11连接。通过3D打印设备使单胞结构堆叠得到夹芯层3，由于夹芯层3内部含有较多的中空结构，为不锈钢条的弯曲变形提供了空间，使得夹芯层受到撞击时能够产生弹性变形，吸收撞击能量，显著提高了护筒的能量吸收率。

为了使相邻的护栏能够相互连接，进一步的，内层钢片1和外层钢片2的左右两端开设有预留孔洞6，螺栓5穿过预留孔洞6将相邻的护栏固定。

为了使粘合面粘接牢固，进一步的，内层钢片1和外层钢片2的粘合面需打磨光洁，通过打磨除去粘合面表面的灰尘或金属异物，使粘合面光洁，能够改善粘合效果。

为了减小碰撞时汽车受到的损害，进一步的，夹芯层3内侧有凸起7，外层钢片2上有与夹芯层3内侧相配合的槽8，当碰撞发生时，护栏内层凸起7的部位率先受到冲击产生变形，使得护栏与汽车碰撞部位的接触面积增大，能有效减小汽车受到的冲击损害，同时也能防止汽车冲出道路。

为了解决如何支撑护栏重量的技术问题，进一步的，相邻护栏的连接处嵌混凝土柱4内，通过现浇混凝土柱设置于护栏的连接处，用于连接两段夹芯层且承受护栏的重力，两段夹芯层应嵌入现浇混凝土柱一定距离，防止护栏受到撞击时夹芯材料从混凝土柱拔出。

本实施例还提供了一种3D打印防撞护栏的施工方法，其具体施工工序为：

①对内层钢板1和外层钢板2的粘合面进行打磨，去除粘合面表面的杂质，使粘合面变得更加光滑，方便后续粘合固定。

②准备夹芯层3，按照图7所示单胞结构之间连接方式，通过3D打印制得夹芯层3。

③在内层钢板1的粘合面刷上粘合剂，将夹芯层3放置于内层钢板1的粘合面上，使夹芯层3的凸起7与内层钢板1的槽8相配合，之后对夹芯层3施加一定的压力使其与内层钢板1充分粘合，完成粘合后卸掉压力，接着在外层钢板2的粘合面刷上粘合剂，将外层钢板2的粘合面朝下放置于夹芯层3上，并对外层钢板2施加一定的压力，使其与夹芯材料3充分粘合，完成粘合后卸掉压力，在粘合完成后就得到护栏。

④螺栓5穿过护栏两端的预留孔洞6将相邻的护栏固定连接，在相邻护栏的连接处还设置有混凝土柱4，相邻混凝土柱之间的间距相同。在现浇混凝土柱之前，将护栏的内层钢片1设置在朝向公路的一端，外层钢片2设置在远离公路的一端，同时需要在护栏下方垫块以承担护栏的重力，浇筑时，将相邻护栏的连接部位(包括夹芯层的两端位置)浇筑到混凝土柱4内，使混凝土柱4承受护栏的重力，待到护栏两端的现浇混凝土柱强度达到要求后，撤掉护栏下方的垫块。

本发明提供的一种3D打印超材料防撞护栏，通过3D打印制得夹芯层，不需要另外准备机床、刀具或制作模具，有助于摒弃传统生产线的生产模式，降低设备成本，同时，3D打印设备还可以根据不同桥墩的实际形状和大小，直接从计算机图形数据输出相对应的件，不需要剔除边角料，提高了材料利用率，有助于减少生产成本，具有良好的实用性。此外，夹芯层内部为具有较多空隙的结构，有利于夹芯层碰撞时产生弹性形变，提高护筒的能量吸收率。

本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。