不同工況條件下玻璃鋼夾砂管的受力特點分析

梁寅

摘要：玻璃鋼夾砂管作為一種新興的道路建設材料，關于其設計、施工及驗收規范還不完善。本文通過對不同工況下的玻璃鋼夾砂管進行環向及軸向的受力特點進行分析，得出其受力特點以及應變變化規律。結果顯示：玻璃鋼夾砂管在環向和軸向上的應變隨載荷的增加而逐漸增加，其中，環向的最大拉應力不超過0.98MPa，軸向的最大拉應力不超過 0.49MPa，均小于玻璃鋼夾砂管的抗壓強度，證明玻璃鋼夾砂管在道路建設中能夠起到很好的承擔載荷的效果。

關鍵詞：玻璃鋼夾砂管；載荷；受力特點

中圖分類號：TU755文獻標識碼：A

1 緒論

玻璃鋼夾砂管作為一種柔性復合管材，主要是由玻璃纖維增強材料、石英砂填充材料以及樹脂等，利用定長纏繞的工藝制備的新型材料。具有材質輕、強度高、耐腐蝕、運輸方便、易施工以及性價比高等優點，被廣泛應用于給水排水、電力系統、石油管道、農業澆灌等領域中，但是在道路建設上的應用還在發展階段[1，2]。由于道路使用過程中會承受重型車輛的載荷作用，要求道路結構應滿足力學強度的要求。但是由于公路路基結構的復雜性，很難得出可靠的力學模型。因此對玻璃鋼夾砂管在不同工況下進行受力分析，能夠為現有的管道工程提供技術指導和理論依據。[3]

本文使用車輛加載的方式，測試和分析不同工況下玻璃鋼夾砂管在環向以及軸向上的應變以及受力特點。判斷其能否在載荷作用下不破壞，為玻璃鋼夾砂管的使用和施工提供依據。

2 實驗方法

玻璃夾砂管的內徑為1.5m，其壁厚為0.05m，管長15m。每個管體使用承插式的連接方式并用橡膠圈進行密封。

使用WAW1000型萬能試驗機對玻璃鋼夾砂管進行環向和軸向的抗壓強度試驗，加載速度為3mm/min。采用BX12080AA型應變采集儀檢測最大應力值。應變測試位置為距離管口6m的截面處，實驗共采集了12個測試點，圖1為應變測試點的排布圖。

3 結果與分析

環向受力特點分析。圖3、4為不同工況下，玻璃鋼夾砂管測試截面上各個測試點的環向應變與載荷的關系。

根據圖3、4，兩種工況下玻璃鋼夾砂管的環向應變隨著載荷的增長有逐漸變大的趨勢，其中，工況2的應變變化比工況1更明顯。各個測試點的環向應變量不超過100με，最大應力低于0.89MPa，而管壁的抗壓強度為49.93MPa，根據這個結果可以得出車輛的載荷對道路內的玻璃鋼夾砂管的作用很小。其中涉及的原因主要有兩個方面。首先，工程上要求道路施工時實測的道路路基的土體壓實度應達到97%，并且在道路投入使用后，路基的土體由于時間的流逝逐漸板結，形成了“拱效應”，這種效應會增加道路的抗壓能力；其次，道路設計時會對路面結構層進行結構強度計算，來預測道路理論上能夠承受的載荷，以提高其抵抗加載變性的能力，當有載荷出現時，首先承受載荷的是路面結構層，然后再層層遞減的傳至玻璃鋼夾砂管上，此時管體所受的作用力變小。因此，玻璃鋼夾砂管能夠抵抗很大的載荷而不破壞。

4 結論

利用車輛加載的方式，對道路中的玻璃鋼夾砂管施加4個量級的載荷，研究玻璃鋼夾砂管在兩種工況下的環向和軸向的受力特點，得出其環向及軸向應變隨載荷的增加而逐漸增加，其中環向的最大拉應力不超過0.98MPa，小于玻璃鋼夾砂管的抗壓強度，這種結果說明載荷對玻璃鋼夾砂管環向上的變形作用較小。

參考文獻：

[1]林立，史艷華，梁平，等.玻璃鋼夾砂管的應用現狀及展望[J].當代化工，2009，5：515518.

[2]楊建明，時強，潘多軍，等.玻璃鋼夾砂管道穿越國道和高速公路的工程實踐[J].玻璃鋼/復合材料，2014，8：7274.

[3]李新亮，李素貞，申永剛，等.交通載荷作用下埋地管道應力分析與現場測試[J].浙江大學學報，2014，48（11）：19761982.