多基復(fù)合管的材料力學(xué)行為試驗研究及其結(jié)構(gòu)監(jiān)測.pdf

1、多基復(fù)合管是由聚合物基和水泥基等增強(qiáng)材料復(fù)合而成的一種新型管材。在保留傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（簡稱PCCP）和玻璃纖維增強(qiáng)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(fù)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(fù)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(xué)行為試驗研究，以改進(jìn)材料的制備工藝，提高管材力學(xué)性能，并為多基復(fù)合管的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供指導(dǎo)。此外，針對多基復(fù)合管結(jié)構(gòu)監(jiān)測軟件系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題進(jìn)行

2、了研究，并對該監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了試驗驗證。
　　本文研究工作在國家863計劃《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)資助下完成，主要研究成果如下：
　　（1）針對多基復(fù)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(dǎo)下，進(jìn)行了大量不同工藝、不同級配樹脂砂漿的力學(xué)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(shù)。其彎曲彈性模量指標(biāo)取得了突破性的

3、進(jìn)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(fù)合管中樹脂砂漿層的結(jié)構(gòu)性能，而且應(yīng)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(qiáng)度的工藝方法，對多基復(fù)合管的實際制備具有一定的指導(dǎo)意義。
　　（2）基于聚乙烯醇-應(yīng)變硬化水泥基復(fù)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(xué)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(jìn)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(yīng)力；進(jìn)一步設(shè)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(shè)計拉伸強(qiáng)度參考值，為PVA-SHCC材料的應(yīng)用提供了初步的參考。
　?。?）根據(jù)在PVA-SHCC澆筑時以內(nèi)筒結(jié)構(gòu)充當(dāng)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(jié)構(gòu)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(guān)系，建立了對內(nèi)筒結(jié)構(gòu)收縮荷載的力學(xué)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題進(jìn)行了分析，以指導(dǎo)內(nèi)筒結(jié)構(gòu)中的樹脂砂漿層的厚度設(shè)計。
　　（4）完成了多基復(fù)合管結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)的相關(guān)軟件開發(fā)；其中重點(diǎn)針對該系統(tǒng)中的能量均衡與時間同步兩個關(guān)鍵問題進(jìn)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(jī)制，并通過試驗驗證了監(jiān)