基于一种新型多基复合管的界面性能及制作工艺研究

摘要

本课题源于国家高技术研究发展计划（863计划）项目(2013AA031306)多基结构材料复合技术及在高压管制造中的应用。本项目设计了一种由树脂基材料层/碳钢层/水泥基材料层/树脂基复料预应力层组成的多基复合管。主要围绕管材中玻璃钢层与混凝土层间的界面性能、钢层与混凝土层的界面性能问题，参考现有的PCCP管的生产工艺基础上，展开了试验研究及有限元计算分析，主要工作包括以下几个方面：
　　1、参照已有复合管道的制作工艺，通过试验研究这种新型管道的玻璃钢层与混凝土层间界面适配层的制作工艺。试验中所采用的试样主要有两类：第一类是直接混凝土芯外侧糊制玻璃钢层；第二类是在玻璃钢层与混凝土层之间引入亲水树脂提高其粘接性能。试验表明，当界面间引入亲水树脂后，界面性能显著提高，平均剪切强度可达2.5MPa左右。
　　2、通过试验研究钢层与现浇混凝土层间界面的制作工艺，试验中设置的试样主要分三大类：第一类是在钢层外直接现浇混凝土；第二类是在钢层与混凝土层之间引入树脂层提高其界面粘结性能；第三类是在钢层与混凝土层间引入界面适配层，适配层的组成主要包括树脂和石英砂增强颗粒。试验表明，适配层中加入树脂层和增强颗粒可有效提高界面性能，满足项目中对界面强度的要求。
　　3、通过压剪试验测试各类试样的界面剪切性能，并对试验结果进行分析。总结出符合界面强度要求的适配层制作工艺，并研究钢-混凝土界面中，适配层中树脂包裹石英砂厚度的不同对界面强度的影响。数据表明，随着树脂层厚度的增加，界面强度有下降的趋势，当树脂厚度在1~1.5mm时界面强度最大。
　　4、利用ANSYS有限元软件，进行钢套筒在承受混凝土浇筑侧压力时的非线性屈曲分析。分析可得，单层钢套筒的安全系数很低，当设计13mm厚树脂混凝土在钢套筒内侧共同承担外压时，结构的安全系数可达3.46，大于国家标准中安全系数不小于3的要求。

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第1章 绪论

1.1引言

1.2主要研究现状

1.3本文的主要工作

第2章 试验方法的选择及试样的制作

2.1 FRP-混凝土界面剪切性能试验方法研究

2.2 钢-混凝土界面试验方法研究

2.3 FRP-混凝土试样的制备

2.4 钢-混凝土试样的制作

2.5本章小结

第3章 界面剪切性能试验

3.1 FRP-混凝土界面性能试验

3.2钢-混凝土界面剪切性能试验

3.3 树脂层厚度对界面剪切性能的影响

3.4 本章小结

第4章 混凝土浇筑过程中钢套筒稳定性数值模拟

4.1侧压力分布情况

4.2有限元分析

4.3结论

第5章 结论与展望

5.1结论

5.2问题和展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文及参加的项目