埋地玻璃钢夹砂管的力学性能及公路应用研究

摘要

在公路交通事业的快速发展过程中，高速公路的地下管涵使用数量日渐增多，而埋地管涵的新形式也不断出现，玻璃钢夹砂管涵就是其中比较具有代表性的一种新型复合材料涵管。玻璃钢夹砂管的诸多优越性能，使其具备了公路工程管涵所要求的高强度指标，为玻璃钢夹砂管作为公路涵洞的使用提供了先决基础。然而由于公路管涵施工及应用技术的复杂性，使玻璃钢夹砂管作为公路管涵的应用还处于研究阶段，本文通过建立埋地玻璃钢夹砂管力学模型，探究其管-土相互作用体系的受力特征，从以下几个方面进行了理论与应用基础研究，为玻璃钢夹砂管在公路涵洞领域的应用提供设计与施工方面的科学依据。 （1）管材基本力学参数。针对玻璃钢夹砂管材料明显的各向异性属性，通过基本力学试验，对玻璃钢夹砂管的抗压强度、弹性模量、初始环向刚度等方面进行测量，得到管材在受力过程中的破坏曲线，并分析破坏模式与现象，验证管材是否具有足够的强度指标而能满足工程需求。 （2）埋地玻璃钢夹砂管室内试验模型。通过建立埋地玻璃钢夹砂管室内试验模型，探究管-土相互作用体系中玻璃钢夹砂管的内部应变、径向变形以及周围土压力的分布规律，分析土体压实度和填土高度对埋地管道的影响作用，解决埋地管道的施工压实难题，确保管道能够在安全状态下承担压路机的碾压作业，为玻璃钢夹砂管作为公路下埋地管涵的应用提供理论基础。 （3）ABAQUS数值模拟分析。在室内模型试验结果的基础上，借助大型有限元数值模拟软件ABAQUS建立分析模型，在验证了模型建立准确的前提下，深层次的改变试验条件，去掉钢箱约束，扩大周围土体尺寸，达到管周的无侧限约束状态，进而得到更贴合实际和更符合实际工程条件的数值模型，分析此状态下埋地玻璃钢夹砂管的极限承载力及受力变化规律。这样既克服了室内试验条件的局限性，又保证了模拟结果的可靠性，为后续的管道实际工程施工及安全性能检测提供了良好的基础。 （4）工程应用实况调研与安全性检测。通过实际工程应用的调查分析与理论分析结果相结合，最终确立了公路下埋地玻璃钢夹砂管的安装施工工艺，并检测了管道在使用过程中承受路面车辆荷载作用时的安全性能，结果表明玻璃钢夹砂管具有足够的安全指标以满足公路工程埋地涵管应用要求。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 本文研究的背景、目标和意义

1.1.1 本文研究背景

1.1.2 本文研究的目标与意义

1.2 国内外研究现状、发展趋势及存在问题

1.2.1 国内、外研究现状

1.2.2 发展趋势

1.2.3 目前存在的问题

1.3 主要研究内容与方法

第二章 玻璃钢夹砂管材料基本力学参数试验

2.1 引言

2.2 纤维缠绕玻璃钢夹砂管生产工艺概述

2.2.1 玻璃钢夹砂管结构层次

2.2.2 机械化生产工艺

2.3 玻璃钢夹砂管材料抗压性能试验

2.3.1 试样制备与要求

2.3.2 试验设备

2.3.3 试验方法

2.3.4 计算方法

2.3.5 抗压强度试验结果

2.3.6 弹性模量试验结果

2.3.7 结果分析

2.4 玻璃钢夹砂管初始环向刚度试验

2.4.1 试验目的

2.4.2 试验设备

2.4.3 试验方法及工况

2.4.4 计算方法

2.4.5 环刚度试验结果

2.4.6 试验结果分析与讨论

2.5 小结

第三章 埋地玻璃钢夹砂管受力特征室内模型试验

3.1 引言

3.2 室内模型试验方案设计

3.2.1 试验材料准备

3.2.2 试验原件布设

3.2.3 土压力测量

3.2.4 试验回填土过程

3.2.5 试验加载系统

3.2.6 试验工况与试验加载方法步骤

3.3 室内模型试验结果数据整理

3.3.1 玻璃钢夹砂管环向应变特征分析

3.3.2 玻璃钢夹砂管轴向应变特征分析

3.3.3 玻璃钢夹砂管径向变形特征分析

3.3.4 玻璃钢夹砂管周围土压力变化特征分析

3.4 小结

第四章 荷载作用下埋地玻璃钢夹砂管力学性能数值模拟

4.1 引言

4.2 埋地玻璃钢夹砂管道力学性能的有限元模型建立

4.2.1 试验模型选取

4.2.2 ABAQUS简介

4.2.3 埋地管道的模型创建及设置

4.3 模拟结果对比及分析

4.3.1 室内有侧限试验模型数值模拟

4.3.2 无侧限埋地玻璃钢夹砂管数值模拟

4.4 小结

第五章 公路埋地玻璃钢夹砂管的安装工艺及车辆荷载下安全性能检测

5.1 引言

5.2 公路埋地玻璃钢夹砂管安装工艺

5.2.1 安装工艺探讨

5.2.2 管道安装工艺

5.2.3 玻璃钢夹砂管安装工艺的优越性

5.3 公路埋地玻璃钢夹砂管车辆荷载下的挠曲性检测

5.3.1 挠曲性检测试验方案

5.3.2 试验工况

5.3.3 试验数据整理

5.4 挠曲变形的有限元数值模拟

5.4.1 模型建立

5.4.2 模拟结果分析

5.5 本章小结

第六章 结论

6.1 结论

6.2 关键创新点

6.3 展望

参考文献

攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果

致谢