结构组合优化对增强上埋式柔性管环刚度的影响

郑 娟，伍 肖，赖秀英

(1.莆田学院 土木工程学院， 福建 莆田 351100； 2.台州市交通勘察设计院， 浙江 台州 318000)

环刚度是衡量管材抗外压负载能力的一个数值指标.如果管材的环刚度太小，管材可能发生过大变形或出现压屈失稳破坏.如果环刚度选择得太高，仅从管体材料本身而言必将造成材料使用太多，成本过高[1].因此，环刚度对管体结构性能而言是非常重要的参数.

在以往关于环刚度的研究中，有考虑管侧土的综合变形模量对环刚度计算的影响[2-3]，也有从管体本身材料出发，分析管道层数、纤维体积比、交叉缠绕层体积比、母料成分等参数和环刚度的关系[4-7]，并采用仿真技术进行建模和优化设计[8-9].目前已有研究大多从管体材料角度入手，得到性价比较高的复合管道材料优化设计，但是对于已经成型的生产线而言，重新调整材料参数需要更多实践性的数据支撑.

从管体结构优化的角度着手，在不改变工厂生产的标准管体的基础上，笔者采用外部简单技术手段干预形成组合结构形式，从而强化径向刚度.需要说明的是，本研究并不局限于径向刚度的强化，同时还期望满足柔性管纵向柔性的结构优势.因此，进行结构组合优化设计将是改变传统管体“非刚即柔”观念的一次有意义的尝试.

1 增强上埋式柔性管环刚度的意义

1.1 上埋式柔性管的关键问题柔性管包括钢波纹管及各式复合材料管等，因其承载小、变形大的受力性能，用作涵管时……