多基復(fù)合管雙基界面適配層與結(jié)構(gòu)分析的研究.pdf

1、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe，簡(jiǎn)稱PCCP）與玻璃鋼（Fiber Reinforced Plastics，簡(jiǎn)稱FRP）夾砂管等是目前引水與給排水等工程應(yīng)用的主要管材。這兩類管道有各自的優(yōu)點(diǎn)，但也存在缺點(diǎn)。為了克服它們的缺陷，并保留各自的優(yōu)點(diǎn)，本課題在國(guó)家863計(jì)劃《多基結(jié)構(gòu)材料復(fù)合技術(shù)及在高壓管制造中的應(yīng)用》（2013AA031306）項(xiàng)目資助下，開展關(guān)于多基復(fù)合管道的相關(guān)研究

2、。本文針對(duì)多基復(fù)合管道在前期研究中所出現(xiàn)的關(guān)鍵性問題，開展了關(guān)于FRP-混凝土復(fù)合材料的雙基界面適配層的研究，通過大量實(shí)驗(yàn)，對(duì)其界面適配層的組成、結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了分析；其次，通過有限元等計(jì)算分析方法，對(duì)多基復(fù)合管的埋地服役行為進(jìn)行了分析計(jì)算，對(duì)管道制備脫模起吊進(jìn)行了模擬分析。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過大量的FRP與混凝土雙基界面的剝離實(shí)驗(yàn)與剪切試驗(yàn)，獲得了在界面適配層制作中關(guān)鍵性的工藝參數(shù)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過改變或選擇合適石英顆粒

3、的粒徑，可使界面適配層上的水泥基握裹粘接力與樹脂基粘接力發(fā)生變化，為獲得高剝離強(qiáng)度與高剪切強(qiáng)度的雙基界面設(shè)計(jì)工藝參數(shù)提供了依據(jù)，對(duì)改善或調(diào)控管道接口雙基界面的剝離強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度可提供有益的指導(dǎo)。⑵基于Spangler理論，簡(jiǎn)化了管-土間復(fù)雜的相互作用，并應(yīng)用于有限元建模中的全局尋優(yōu)迭代算法，獲得了最大土壓的量化參數(shù)；提出了基于Spangler理論的有限元迭代分析的途徑并實(shí)現(xiàn)計(jì)算程序，針對(duì)具有柔性管特征的聚乙烯醇纖維延性混凝土多基復(fù)合管，

4、完成了三維結(jié)構(gòu)性能分析，可考慮不同地基差異引起的管道沉降，簡(jiǎn)化了埋地管線的三維結(jié)構(gòu)復(fù)雜計(jì)算，可應(yīng)用于長(zhǎng)距離埋地管道和管件的工程計(jì)算與設(shè)計(jì)，并可推廣到具有剛性管特征的多基復(fù)合管的變形分析。⑶針對(duì)多基復(fù)合管制備脫模起吊過程中面臨的關(guān)鍵力學(xué)問題進(jìn)行了計(jì)算模擬。基于現(xiàn)有多基復(fù)合管插口處的環(huán)向纏繞工藝，提出了增加玻纖增強(qiáng)織物的鋪層方案，能有效提高管接頭抗吊裝的軸向拉伸強(qiáng)度及其插口的剪切強(qiáng)度，驗(yàn)證了插口界面適配層鋪設(shè)粗粒徑石英顆粒制作工藝參數(shù)的合理