高强钢轻量化波形梁护栏应用分析.docxVIP

? ? 高强钢轻量化波形梁护栏应用分析 ? ? 王利军 (沈阳三鑫集团有限公司 沈阳市 110148) 波形梁钢护栏是公路交通安全设施的重要组成部分，应用广泛。现行标准下公路波形梁护栏需用钢材较大，通过提升钢材强度等级和相关性能，减轻护栏材料重量，从而达到节能降耗、降低成本的效果，市场应用前景广阔。 1 现行标准下波形梁钢护栏使用状态分析 1.1 我国公路波形梁钢护栏的使用现状 根据行业相关数据统计，从2014—2019年我国平均每年公路里程增长量约为12万公里，2019年全国公路总里程达到501万公里。根据《国家综合立体交通网布局》，到2035年国家高速公路网达到16万公里、普通国道网公路达到30万公里。护栏用钢量每年超过500万吨以上，整个护栏用钢量巨大。 1.2 现有波形梁钢护栏的优化空间 (1)目前公路波形梁钢护栏采用的标准是GB/T 31439—2015(以下简称原国标)中规定的护栏构件原材料力学性能和化学指标应不低于GB/T 700—2006规定的Q235牌号钢的要求,主要指标为屈服强度不小于235MPa、抗拉强度不小于375MPa、断后伸长率不小于26%。而最早提出该材料的标准JT/T 281—1995是1995年制定的。现在市场通用钢材均为Q235牌号钢。经过多年的发展，钢材强度等级和相关性能有了大幅度提高，目前的通用的材料等级很难满足社会发展的需要，亟需升级。 (2)公路波形梁钢护栏主要由波形梁板、立柱、端头、防阻块、加强横梁等构件组成，按波形梁板宽分为两波和三波波形梁钢护栏。两波波形梁板主要规格为4320×310×85×3(4)mm，重量为49.16(65.55)kg/片；立柱规格为Φ114(140)×4.5mm，重量为12.15(15.04)kg/m[1]；三波波形梁板主要规格为4320×506×85×3(4)mm，重量为76.3(102)kg/片；立柱规格为Φ140×4.5mm、Φ130×6mm，重量为15.04、22.6kg/m[2]。耗费大量材料，不利于节能减排及绿色发展，重量亦需要减轻。 (3)材料笨重，安装不便。以4mm三波形梁钢护栏为例每片重102kg，至少需要四个工人安装，对人力要求较高，安装时十分不便。 (4)物流运输消耗大。目前国内波形梁钢护栏材料生产主要布局在山东、江苏等省份，材料到达施工现场近则几百公里，远则上千公里。常规公路运输货车载重不超过40t，产品笨重对物流也是一种压力。 综上所述，公路护栏的轻量化势在必行，轻量化设计可以非常有效地改善以上的问题。经理论计算，提高护栏用钢强度可以有效提高护栏的安全性；在强度相当的情况下钢板的断后伸长率越高，其安全性能越好。且护栏的轻量化有利于减少钢铁材料的耗费，节约大量材料资源，降低能耗，减少碳排放，降低成本；公路护栏材料重量减轻，能大幅度降低物流和人力成本，减少汽车尾气的碳排放量，对环境更友好。如此大体量的公路护栏市场，公路护栏轻量化会产生巨大的经济效益和社会效益，对企业、社会和国家来说是十分必要的。 2 《高强钢轻量化波形梁护栏》的技术特点 针对现行标准下波形梁钢护栏存在的问题，中国交通运输协会于2020年9月发布了《高强钢轻量化波形梁护栏》[3](T/CCTAS 16—2020)团体标准(以下简称新团标)。在满足护栏安全性能的前提下，提出使用高强钢材料，适当减薄护栏产品厚度，减少钢铁材料消耗，降低能耗，减少排放。使用高强钢材料不仅制造成本得到控制，同时也有效降低了物流运输以及安装维护成本。 新团标要求波形梁钢护栏的波形梁板、背板、立柱、横梁、防阻块等构件用基底金属材料为高强度钢，力学性能及化学指标为屈服强度不小于700MPa、抗拉强度不小于750MPa、断后伸长率不小于17%。 新团标对波形梁板尺寸规格要求为4320×310×85×2.1mm(B级)、4320×506×85×2.2mm(A级)、4320×506×85×2.7mm(SB、SA级)；立柱尺寸规格要求为Φ114×3.0mm(B级)、Φ140×3.0mm(A、SB级)、Φ130×4.3mm(SA级)。 3 波形梁护栏轻量化对比 选取目前国内高速公路波形梁钢护栏常用的A、SB、SA三类防护等级，以材料重量占比较大的波形梁板、立柱、防阻块、加强横梁四类材料为基础，对比分析原国标与新团标材料规格和重量的差异表1。 表1 原国标与新团标材料重量差异化分析 以辽宁省正在实施的某高速公路波形梁钢护栏材料用量为例，综合计算新团标的轻量化率表2。 表2 某高速采用轻量化后材料重量差异化分析 通过上述高速公路波形梁钢护栏轻量化分析原设计方案需用钢材3918t，轻量化后需用钢材2430t，预估可节约钢材用量1488t，轻量化率37.98%。经初步了解高强钢轻量化波形梁护栏材料的单价为Q23