多基復(fù)合管的材料力學(xué)行為試驗(yàn)研究及其結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè).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(jiǎn)稱PCCP）和玻璃纖維增強(qiáng)塑料夾砂管（簡(jiǎn)稱FRPM管）各自優(yōu)勢(shì)、克服兩者局限性的同時(shí)，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(wèn)題。本文從多基復(fù)合管研制過(guò)程中所發(fā)現(xiàn)的實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，開(kāi)展管壁材料的力學(xué)行為試驗(yàn)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(jì)提供指導(dǎo)。此外，針對(duì)多基復(fù)合管結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)中的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行

2、了研究，并對(duì)該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。
　　本文研究工作在國(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)資助下完成，主要研究成果如下：
　　（1）針對(duì)多基復(fù)合管中樹(shù)脂砂漿層的材料性能展開(kāi)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(jí)配樹(shù)脂砂漿的力學(xué)性能試驗(yàn)，成功研制了一種高性能、低成本的樹(shù)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(guó)外某公司樹(shù)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(shù)脂砂漿層的結(jié)構(gòu)性能，而且應(yīng)用于 FRPM管道時(shí)能降低材料的綜合成本。此外，通過(guò)開(kāi)展樹(shù)脂砂漿與不同表面處理鋼板的剪切破壞行為試驗(yàn)分析，獲得了一種可提高其界面剪切強(qiáng)度的工藝方法，對(duì)多基復(fù)合管的實(shí)際制備具有一定的指導(dǎo)意義。
　?。?）基于聚乙烯醇-應(yīng)變硬化水泥基復(fù)合材料（簡(jiǎn)稱PVA-SHCC）在初始單軸拉伸試驗(yàn)中所表現(xiàn)出的變形與斷裂等力學(xué)行為，開(kāi)展了具有

4、初始裂紋的PVA-SHCC恒載試驗(yàn)研究。以30d為一個(gè)周期、150N為荷載增量進(jìn)行多級(jí)恒載試驗(yàn)，獲得了多級(jí)恒載試驗(yàn)條件下的平均破壞應(yīng)力；進(jìn)一步設(shè)計(jì)單級(jí)恒載試驗(yàn)，獲得了該試驗(yàn)條件下具有初始裂紋的PVA-SHCC設(shè)計(jì)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。
　　（3）根據(jù)在PVA-SHCC澆筑時(shí)以內(nèi)筒結(jié)構(gòu)充當(dāng)內(nèi)模的工藝要求，對(duì)制備過(guò)程中 PVA-SHCC澆筑與收縮對(duì)內(nèi)筒結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的制備荷載展開(kāi)研究。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定早齡

5、期 PVA-SHCC收縮量和彈性模量隨時(shí)間的變化關(guān)系，建立了對(duì)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(jì)算方法?；谠摲椒ǎ瑢?duì)管芯混凝土制備時(shí)的內(nèi)筒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行了分析，以指導(dǎo)內(nèi)筒結(jié)構(gòu)中的樹(shù)脂砂漿層的厚度設(shè)計(jì)。
　?。?）完成了多基復(fù)合管結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的相關(guān)軟件開(kāi)發(fā)；其中重點(diǎn)針對(duì)該系統(tǒng)中的能量均衡與時(shí)間同步兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行研究，提出了有效的能量均衡算法和高精度的時(shí)間同步機(jī)制，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了監(jiān)