多基復合管的材料力學行為試驗研究及其結構監(jiān)測.pdf

1、多基復合管是由聚合物基和水泥基等增強材料復合而成的一種新型管材。在保留傳統(tǒng)預應力鋼筒混凝土管（簡稱PCCP）和玻璃纖維增強塑料夾砂管（簡稱FRPM管）各自優(yōu)勢、克服兩者局限性的同時，多基復合管面臨著由于制備工藝更新而引發(fā)的一系列問題。本文從多基復合管研制過程中所發(fā)現(xiàn)的實際問題出發(fā)，開展管壁材料的力學行為試驗研究，以改進材料的制備工藝，提高管材力學性能，并為多基復合管的結構設計提供指導。此外，針對多基復合管結構監(jiān)測軟件系統(tǒng)中的關鍵問題進行

2、了研究，并對該監(jiān)測系統(tǒng)進行了試驗驗證。
　　本文研究工作在國家863計劃《多基結構材料復合技術及在高壓管制造中的應用》(2013AA031306)資助下完成，主要研究成果如下：
　　（1）針對多基復合管中樹脂砂漿層的材料性能展開研究，建立了“致密性一體化工藝研究方法”。在該方法的指導下，進行了大量不同工藝、不同級配樹脂砂漿的力學性能試驗，成功研制了一種高性能、低成本的樹脂砂漿及其制備工藝技術。其彎曲彈性模量指標取得了突破性的

3、進展：相比國外某公司樹脂砂漿的彎曲彈性模量高出40％；不僅可大幅度提高多基復合管中樹脂砂漿層的結構性能，而且應用于 FRPM管道時能降低材料的綜合成本。此外，通過開展樹脂砂漿與不同表面處理鋼板的剪切破壞行為試驗分析，獲得了一種可提高其界面剪切強度的工藝方法，對多基復合管的實際制備具有一定的指導意義。
　　（2）基于聚乙烯醇-應變硬化水泥基復合材料（簡稱PVA-SHCC）在初始單軸拉伸試驗中所表現(xiàn)出的變形與斷裂等力學行為，開展了具有

4、初始裂紋的PVA-SHCC恒載試驗研究。以30d為一個周期、150N為荷載增量進行多級恒載試驗，獲得了多級恒載試驗條件下的平均破壞應力；進一步設計單級恒載試驗，獲得了該試驗條件下具有初始裂紋的PVA-SHCC設計拉伸強度參考值，為PVA-SHCC材料的應用提供了初步的參考。
　　（3）根據(jù)在PVA-SHCC澆筑時以內(nèi)筒結構充當內(nèi)模的工藝要求，對制備過程中 PVA-SHCC澆筑與收縮對內(nèi)筒結構產(chǎn)生的制備荷載展開研究。通過試驗測定早齡

5、期 PVA-SHCC收縮量和彈性模量隨時間的變化關系，建立了對內(nèi)筒結構收縮荷載的力學行為模型；由此提出了一種變彈性模量條件下收縮荷載的迭代計算方法?；谠摲椒?，對管芯混凝土制備時的內(nèi)筒結構穩(wěn)定性問題進行了分析，以指導內(nèi)筒結構中的樹脂砂漿層的厚度設計。
　?。?）完成了多基復合管結構監(jiān)測系統(tǒng)的相關軟件開發(fā)；其中重點針對該系統(tǒng)中的能量均衡與時間同步兩個關鍵問題進行研究，提出了有效的能量均衡算法和高精度的時間同步機制，并通過試驗驗證了監(jiān)