钢丝缠绕增强塑料复合管的纯弯研究.pdf

70 低 温 建 筑 技 术 2014年第 4期 (总第 190期) 钢丝缠绕增强塑料复合管的纯弯研究 白 勇 ， 黄 婷 ， 杨红刚 ， 刘大辉。 (1．浙江大学建筑工程学院． 杭州 310058；2．宝鸡石油机械有限责任公司， 陕西 宝鸡 721002 3．杭州欧佩亚海洋工程有限公司。 杭州 310012) 【摘 要】研究了纯弯作用下钢丝缠绕增强塑料复合管(简称PSP)的受力问题。理论分析中基于非线性环 理论和虚功原理，忽略钢丝强度影响，仅考虑钢丝所占体积，将纯弯作用下管道的受力问题简化为二维平面模型 进行研究，采用Newton—Raphson方法迭代求解未知量并用MATLAB编制计算程序，进而求出弯矩和曲率值；采用 ABAQUS有限元软件建立有限元模型，为了检验理论值增强层简化方法是否正确，考虑钢丝作用，通过在模型一端 面施加转角以实现弯曲作用，从ABAQUS的分析结果中得出弯矩 一曲率曲线。通过分析管道钢丝和HDPE的应 力变化过程，发现钢丝对弯曲作用很小；通过比较有限元和理论分析的弯矩曲率结果，发现在达到极限弯矩前，两 者吻合度很高，验证了受力理论分析的正确性，这对PSP在工程上的应用很有帮助。 【关键词】 PSP；纯弯曲；非线性环理论；虚功方程；有限元；受力分析 【中图分类号】 TU38 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2014)o4—0o70一o3 PSP是用高性能粘树脂将内外层 (PE)与以热塑性塑料 受力情况；李翔等人 研究了在纯弯矩作用下 PSP管的特 为基体，高强度钢丝倾角错绕成型的网状骨架为增强体紧 征屈曲，使用解析方法求出分枝点时的受力弯矩，比较了有 密地连接在一起的复合结构。针对PSP的力学性能有限元 限元结果；余彬彬，白勇等 采用理论解、实验、有限元方法 研究和弯曲力学性能研究已有一定的积累。卢玉斌 等人 对纯弯曲、纯弯曲和拉力组合下RTP管的力学性能进行 了 曾对PSP在内压和轴向力联合作用下分析变形及应变情 研究对比；在本文中讨论纯弯作用下PSP的受力分析，理论 况，采用了两种有限元模型，分别是壳单元类型和有限元实 分析中基于非线性环理论和虚功原理 ，将纯弯作用下管道 体模型。通过 比较两种有限元模型计算结果和实验结果， 的受力问题简化为二维平面模型进行研究；采用 ABAQUS 发现三者结果相差不大，可作为工程 中评估PSP的变形和 有限元软件建立有限元模型，得出弯矩 一曲率曲线。 分析 芝 倒 应变 应变 图1HDPE应力应变曲线 图2钢丝应力应变曲线 换过程中桥梁整体尤其是桥面不出现过大的变形，同时吊 [3] 李飞泉，杜德灿，李承昌．系杆拱桥吊杆更换工艺研究[J]． 杆力的变化基本成直线，较为缓和。 公路交通科技 (应用技术版)，2006，(9)：1lO—I12． 总的来说，本文提出的模拟方法是有效可行的，能够满 [4] 汪克来，雷丽英 ，汪继恕．系杆拱桥吊杆更换过程的施_T模 拟分析[c]／／第四届全国预应力结构理论与工程应用学术会 足工程实际的要求，为今后桥面支撑法吊杆更换的设计提 议专辑工业建筑 ．2006． 供了一种理论的计算方法。 [5] 张志国，聂磊．拱桥吊杆病害及桥面铺装无损更换标准研究