不同工况条件下玻璃钢夹砂管的受力特点分析

梁寅

摘要：玻璃钢夹砂管作为一种新兴的道路建设材料，关于其设计、施工及验收规范还不完善。本文通过对不同工况下的玻璃钢夹砂管进行环向及轴向的受力特点进行分析，得出其受力特点以及应变变化规律。结果显示：玻璃钢夹砂管在环向和轴向上的应变随载荷的增加而逐渐增加，其中，环向的最大拉应力不超过0.98MPa，轴向的最大拉应力不超过 0.49MPa，均小于玻璃钢夹砂管的抗压强度，证明玻璃钢夹砂管在道路建设中能够起到很好的承担载荷的效果。

关键词：玻璃钢夹砂管；载荷；受力特点

中图分类号：TU755文献标识码：A

1 绪论

玻璃钢夹砂管作为一种柔性复合管材，主要是由玻璃纤维增强材料、石英砂填充材料以及树脂等，利用定长缠绕的工艺制备的新型材料。具有材质轻、强度高、耐腐蚀、运输方便、易施工以及性价比高等优点，被广泛应用于给水排水、电力系统、石油管道、农业浇灌等领域中，但是在道路建设上的应用还在发展阶段[1，2]。由于道路使用过程中会承受重型车辆的载荷作用，要求道路结构应满足力学强度的要求。但是由于公路路基结构的复杂性，很难得出可靠的力学模型。因此对玻璃钢夹砂管在不同工况下进行受力分析，能够为现有的管道工程提供技术指导和理论依据。[3]

本文使用车辆加载的方式，测试和分析不同工况下玻璃钢夹砂管在环向以及轴向上的应变以及受力特点。判断其能否在载荷作用下不破坏，为玻璃钢夹砂管的使用和施工提供依据。

2 实验方法

玻璃夹砂管的内径为1.5m，其壁厚为0.05m，管长15m。每个管体使用承插式的连接方式并用橡胶圈进行密封。

使用WAW1000型万能试验机对玻璃钢夹砂管进行环向和轴向的抗压强度试验，加载速度为3mm/min。采用BX12080AA型应变采集仪检测最大应力值。应变测试位置为距离管口6m的截面处，实验共采集了12个测试点，图1为应变测试点的排布图。

3 结果与分析

环向受力特点分析。图3、4为不同工况下，玻璃钢夹砂管测试截面上各个测试点的环向应变与载荷的关系。

根据图3、4，两种工况下玻璃钢夹砂管的环向应变随着载荷的增长有逐渐变大的趋势，其中，工况2的应变变化比工况1更明显。各个测试点的环向应变量不超过100με，最大应力低于0.89MPa，而管壁的抗压强度为49.93MPa，根据这个结果可以得出车辆的载荷对道路内的玻璃钢夹砂管的作用很小。其中涉及的原因主要有两个方面。首先，工程上要求道路施工时实测的道路路基的土体压实度应达到97%，并且在道路投入使用后，路基的土体由于时间的流逝逐渐板结，形成了“拱效应”，这种效应会增加道路的抗压能力；其次，道路设计时会对路面结构层进行结构强度计算，来预测道路理论上能够承受的载荷，以提高其抵抗加载变性的能力，当有载荷出现时，首先承受载荷的是路面结构层，然后再层层递减的传至玻璃钢夹砂管上，此时管体所受的作用力变小。因此，玻璃钢夹砂管能够抵抗很大的载荷而不破坏。

4 结论

利用车辆加载的方式，对道路中的玻璃钢夹砂管施加4个量级的载荷，研究玻璃钢夹砂管在两种工况下的环向和轴向的受力特点，得出其环向及轴向应变随载荷的增加而逐渐增加，其中环向的最大拉应力不超过0.98MPa，小于玻璃钢夹砂管的抗压强度，这种结果说明载荷对玻璃钢夹砂管环向上的变形作用较小。

参考文献：

[1]林立，史艷华，梁平，等.玻璃钢夹砂管的应用现状及展望[J].当代化工，2009，5：515518.

[2]杨建明，时强，潘多军，等.玻璃钢夹砂管道穿越国道和高速公路的工程实践[J].玻璃钢/复合材料，2014，8：7274.

[3]李新亮，李素贞，申永刚，等.交通载荷作用下埋地管道应力分析与现场测试[J].浙江大学学报，2014，48（11）：19761982.