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《武汉理工大学》 2010年
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玻璃纤维增强塑料顶管接头受力分析

陈建中  
【摘要】:地下给水排水管线为城市的生命线,但城市中密集的建筑、纵横的道路以及复杂的各种地下管网给地下给水排水管线的铺设带来很大的困难,顶管施工作为一种非开挖施工方法能比较方便的解决以上问题。而玻璃纤维增强塑料管道因其自身优良的性能,是给排水管道的首选管材之一。由于目前对玻璃纤维增强塑料顶管研究的还非常少,一些基本的问题还没有得到解决,常有玻璃纤维增强塑料顶管发生损伤的情况出现。顶管的核心问题是强度问题,而玻璃纤维增强塑料顶管的强度问题可归结于接头的受力问题,接头的受力状态直接决定了其所能承受的顶力。因此,本文以工程实际为背景,从工程应用中提炼出若干关键问题,通过对玻璃纤维增强塑料顶管接头的受力分析,解决玻璃纤维增强塑料顶管的一些基本问题。 本文主要研究成果及创新点如下: 1)通过引入顶管接头的张开长度与偏转角度两个状态参数,对玻璃纤维增强塑料顶管接头进行受力分析,建立了玻璃纤维增强塑料顶管达到其极限顶力时两个状态参数之间的关系式,并分别得到由张开长度和偏转角度确定玻璃纤维增强塑料顶管极限顶力的计算公式。 2)结合工程应用中的关键问题,研究分析了最大允许偏转角与最大允许张开长度,获得了玻璃纤维增强塑料顶管允许顶力的计算方法,并从理论上确定了顶力安全系数一般应不小于3.5;这一成果应用到了作者参与编写的国家标准中。 3)通过对玻璃钢套环和钢套环两种接头连接方式分别在无顶力和有顶力作用下发生偏转时的受力情况、顶管插口接触面的接触压力分布情况、顶管在轴心受压与偏心受压两种情况下受力状态的比较以及不同的橡胶圈和衬垫分别对接头受力的影响进行有限元模拟计算,由此对玻璃纤维增强塑料顶管接头的受力进行了系统的分析,获得了玻璃钢套环比钢套环具有更好的承受偏转能力的结论,解释了顶管工程中“插入破坏”事故的原因,同时也给出了合理选择橡胶圈和衬垫的理论依据。由数值计算得到的接头偏转对管道受力的影响和理论公式分析结果基本一致。 4)通过对实际玻璃纤维增强塑料顶管施工过程的现场监测试验,验证了在实际施工过程中由于接头的张开或偏转,导致玻璃纤维增强塑料顶管的管端受力不均匀,同一管道同一角度在沿顶进方向上的应力也不相同,表明玻璃纤维增强塑料顶管处于一种复杂的受力状态,与理论分析及数值计算的结果基本一致;同时,通过厂内偏转角试验表明:玻璃钢承口环具有足够的安全可靠性,将试验结果与理论分析进行了比较,两者比较吻合。 本文的研究成果对玻璃纤维增强塑料顶管的设计、施工均具有重要的指导意义,依据本研究成果在一定程度上可以保证玻璃纤维增强塑料顶管工程的安全可靠性;同时也有助于对玻璃纤维增强塑料顶管的正确认识,以便进一步推广应用。本文的部分研究成果在国家标准《玻璃纤维增强塑料顶管》(GB/T21492-2008)中得到了直接应用。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TU991.36;TU992;TU532.61

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