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frpm管涵现场试验及数值模拟研究

FRPM管涵现场试验及数值模拟研究

作者：张国盘河北工业大学

学位级别：硕士

目前我国对frpm管的路用性能研究大多停留在试验方面,而对其管-土作用下受(静)载方式模拟以及同一管径(内径)不同管厚以及路面-管涵-土整体之间相互作用受力的情况研究较少。因此本文通过对基本理论的介绍、现场试验研究及数值模拟方法... 详细信息

目前我国对frpm管的路用性能研究大多停留在试验方面,而对其管-土作用下受(静)载方式模拟以及同一管径(内径)不同管厚以及路面-管涵-土整体之间相互作用受力的情况研究较少。因此本文通过对基本理论的介绍、现场试验研究及数值模拟方法等方面对管道力学性能进行深入探讨,对路用玻璃钢夹砂管涵的受力及变形情况和如何更好地发挥管涵与路面结构的性能进行了较详细的分析研究,可大大的方便玻璃纤维增强塑料夹砂管道的工程应用,对设计与生产具有现实意义。本文主要内容包括以下几个方面:(1)有限元及单层玻璃钢材料的基本理论介绍,为之后采用模拟方法建立数值模型提供便利。(2)通过现场试验对填土深度为0.5m、0.8m、1.0m,管径为1.50m,管壁厚为37mm的玻璃钢夹砂管涵进行静载力学试验,并采集了管中截面内侧8个测点的环向和轴向应变以及管道水平竖向的内径变化和随填土高度变化管周土压力的变化趋势;(3)在前述理论及试验基础上,利用有限元软件建立现场试验数值模型,将现场试验结果与数值模拟结果对比,得出两者变化趋势一致,模拟误差较小,说明所建数值模型具有较好的准确性;随后在原模型的基础上,建立填土高度为0.5m、1.5m,路面结构为AC-10(4cm)、AC-20(6cm)、水稳(20cm)的数值模型,通过改变车辆荷载轴型、数量及管涵壁厚等因素,对路面-管涵-土体三者在静载作用下的受力及变形等进行了详细的研究。主要研究结论有:在不同轴型轴重及车载数量下,满足路面基层结构层底弯拉应力设计要求时管涵所承受的最大轴载;在管径不变时,减小壁厚对管道变形和路面结构受力的影响情况及变化规律,得出此时管涵的最佳径厚比范围;设置偏载,对荷载作用不同位置时路面-管涵-土体整体模型的变形反应进行研究,同时,通过改变管侧填土的质量,研究满足道路正常行驶要求所应达到的管周填土的最低要求。

关键词： frpm管现场试验数值模拟路面结构

基于室内试验的公路frpm管涵洞有限元分析

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玻璃钢／复合材料 2017年第11期 66-71,49页

作者：陈兆南魏连雨张济源裴亚男王清洲河北工业大学土木与交通学院天津300401 北京易华录信息技术股份有限公司北京100043

为深入研究玻璃钢夹砂管涵洞的力学特性,基于室内试验结果和工程实际,借助ABAQUS建立有限元分析模型,选取室内试验中两种工况的试验结果与数值模拟进行对比分析。结果表明,有侧限环向应变模拟结果与实测值非常接近,验证了数值模拟的正确... 详细信息

为深入研究玻璃钢夹砂管涵洞的力学特性,基于室内试验结果和工程实际,借助ABAQUS建立有限元分析模型,选取室内试验中两种工况的试验结果与数值模拟进行对比分析。结果表明,有侧限环向应变模拟结果与实测值非常接近,验证了数值模拟的正确性,无侧限埋地玻璃钢夹砂管道与室内有侧限试验模型结果具有相同的受力变化形式,当管涵的竖向变形达到直径的5%时,管顶上端填土高度为50 cm、70 cm条件下对应的极限承载力分别为66 t和71 t,为玻璃钢夹砂管涵的公路推广应用提供了重要的理论基础。

关键词：公路涵洞 frpm管模型试验应变有限元分析

施工期重车行驶下浅埋frpm管涵洞安全性研究

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玻璃钢／复合材料 2019年第11期 81-85页

作者：陈兆南裴亚男魏连雨蒋克林江苏中路工程技术研究院有限公司南京210000 北京图盟科技有限公司北京100043 河北工业大学土木与交通学院天津300401 中交一航局第四工程有限公司天津300401

玻璃钢夹砂管具有轻质高强、施工工期短、耐久性能好等优势,可作为替代传统钢筋混凝土的公路管涵材料,在公路工程上应用前景广阔。为研究公路施工期间工程运输车行驶状态下对埋地玻璃钢夹砂管涵洞受力特征的影响,确保管涵安全的覆土厚度... 详细信息

玻璃钢夹砂管具有轻质高强、施工工期短、耐久性能好等优势,可作为替代传统钢筋混凝土的公路管涵材料,在公路工程上应用前景广阔。为研究公路施工期间工程运输车行驶状态下对埋地玻璃钢夹砂管涵洞受力特征的影响,确保管涵安全的覆土厚度,通过设计现场动载试验,分析不同覆土厚度和重车荷载行驶下玻璃钢夹砂管的力学性能。结果表明,施工期玻璃钢夹砂管涵洞管顶为控制点,最大应力为0. 6 MPa,远小于管涵抗压强度,覆土厚度为50 cm时可允许重型工程运输车通行。本文研究对公路施工期间玻璃钢夹砂管涵洞安全性控制点具有重要的指导意义与工程推广应用价值。

关键词：重车行驶 frpm管施工期间公路涵洞力学性能

回填土不密实对受损frpm管影响的有限元分析

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水电与新能源 2022年第4期36卷 32-35,40页

作者：李爽曹生荣杨李川武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072

结合具体工程建立受损玻璃钢夹砂管段三维有限元模型分析表明,当局部回填土不密实程度由0(密实)变为100%(掏空)时,管道竖向位移最大值由0.043 m增加到0.099 m,增幅达130%;在不密实程度为50%时,其最大环向应力接近极限抗拉强度值,在不密... 详细信息

结合具体工程建立受损玻璃钢夹砂管段三维有限元模型分析表明,当局部回填土不密实程度由0(密实)变为100%(掏空)时,管道竖向位移最大值由0.043 m增加到0.099 m,增幅达130%;在不密实程度为50%时,其最大环向应力接近极限抗拉强度值,在不密实程度为100%时,超过极限抗拉强度19.30%。所以,严格控制回填质量是减小管道破坏风险的重要因素。

关键词： frpm管回填土不密实受力状态有限元分析

长距离输调水工程大口径frpm管道研发与工程安全保障技术

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中国水利 2024年第6期 31-45页

作者：邓铭江胡少伟李江孙奔博新疆维吾尔自治区科学技术协会乌鲁木齐830000 郑州大学郑州450001 新疆水利水电规划设计管理局乌鲁木齐830000

长距离输调水工程是中国新疆地区重要的基础生命线,其长久稳定运行对于促进经济平稳增长和保障居民供水安全至关重要。新疆位居大陆中心,属温带极端大陆性气候,其长距离输调水工程面临严峻的环境挑战。玻璃纤维增强塑料夹砂管(glass fib... 详细信息

长距离输调水工程是中国新疆地区重要的基础生命线,其长久稳定运行对于促进经济平稳增长和保障居民供水安全至关重要。新疆位居大陆中心,属温带极端大陆性气候,其长距离输调水工程面临严峻的环境挑战。玻璃纤维增强塑料夹砂管(glass fiber reinforced plastic mortar pipes,frpm)作为长距离输调水工程中重要的水工地下结构用材,凭借其优异的耐化学腐蚀、轻质高强、无二次污染、安装方便、综合造价低等诸多优良特性而被广泛应用于新疆地区。然而,传统frpm管生成工艺在铺层设计与生产自动化程度方面存在一定局限,导致工程施工过程效率低下;同时,缺少统一的技术标准和设计规范也间接制约了其应用范围。此外,管道工程自动巡检技术与缺陷定量评价标准尚未统一,无法合理量化和准确评价整体工程质量。为此,依托北疆小洼槽供水工程,围绕长距离大口径frpm管的管材铺层设计与制造工艺、工程设计、质量评定、自动巡检、运行监测与安全保障等关键技术,通过产学研用相结合,持续15年攻关,取得突破性创新成果:①引进吸收并创新了适合于长距离、高工作压力、以连续缠绕工艺为首选的frpm管生产工艺,优化了大口径frpm管材铺层设计方法,实现了供料—缠绕—固化—切割—检测全自动化控制,与国外同类产品标准相比,管道挠曲性能和轴向拉伸强度等提高了20%~50%;②提出了安全防护的工程和非工程措施,建立了长距离frpm管不同缺陷类型危害性等级划分原则,创建了复杂地质条件下长距离frpm管道工程安全评价理论与方法;③系统揭示了frpm管质量缺陷产生机理,开发了frpm管光固化片材局部修复工艺以及内衬聚乙烯(PE)的整体非开挖修复技术,提出了修复效果后评价方法,实现了对长距离frpm管道工程运行安全的有效掌控。

关键词：输调水工程 frpm管安全保障安全监测功能恢复性能提升

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玻璃钢夹砂管树脂砂浆强度优化试验研究

玻璃钢／复合材料 2017年第9期 78-81页

作者：陈兆南魏连雨裴亚男李春晓王清洲河北工业大学土木与交通学院天津300401 北京易华录信息技术股份有限公司北京100043 河北水利电力学院沧州061001

玻璃钢夹砂管作为一种柔性非金属复合材料,力学性能优良,综合经济效益好,在公路涵洞工程具有广阔的应用前景。由于路面长期受重型车辆荷载作用,对埋地管涵的强度有更高的要求,其夹砂层质量尤为重要,而目前众多企业生产的frpm管夹砂层均... 详细信息

玻璃钢夹砂管作为一种柔性非金属复合材料,力学性能优良,综合经济效益好,在公路涵洞工程具有广阔的应用前景。由于路面长期受重型车辆荷载作用,对埋地管涵的强度有更高的要求,其夹砂层质量尤为重要,而目前众多企业生产的frpm管夹砂层均存在问题。通过制作不同级配的试样优化夹砂层强度,分别测试其抗折和抗压强度,并采用体视显微镜分析试样的断面形貌特征。结果表明,第4组级配试样的力学性能最优,其石英砂和树脂粘结状态较好,树脂填充密实,为玻璃钢夹砂管的生产质量控制和在公路涵洞工程上的推广与应用提供科学的依据。

关键词： frpm管夹砂层强度优化断面特征

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玻璃钢夹砂管抗震性能研究

玻璃钢／复合材料 2005年第1期 37-40页

作者：魏尊祥薛元德周仕刚戴瑛同济大学上海200092

玻璃纤维增强塑料夹砂管 (frpm管 )优越的抗震性能已被大量的工程实例所证实。根据frpm管管体及接口的力学性能 ,本文提出一些提高frpm管抗震性能的措施 ,并在反应谱法和地震变形法的理论基础上 ,提出地震对frpm管作用的简易的工程计算... 详细信息

玻璃纤维增强塑料夹砂管 (frpm管 )优越的抗震性能已被大量的工程实例所证实。根据frpm管管体及接口的力学性能 ,本文提出一些提高frpm管抗震性能的措施 ,并在反应谱法和地震变形法的理论基础上 ,提出地震对frpm管作用的简易的工程计算方法。

关键词： frpm管反应谱法地震变形法