长距离输调水工程大口径FRPM管道研发与工程安全保障技术

长距离输调水工程是中国新疆地区重要的基础生命线,其长久稳定运行对于促进经济平稳增长和保障居民供水安全至关重要。新疆位居大陆中心,属温带极端大陆性气候,其长距离输调水工程面临严峻的环境挑战。玻璃纤维增强塑料夹砂管(glass fiber reinforced plastic mortar pipes,FRPM)作为长距离输调水工程中重要的水工地下结构用材,凭借其优异的耐化学腐蚀、轻质高强、无二次污染、安装方便、综合造价低等诸多优良特性而被广泛应用于新疆地区。然而,传统FRPM管生成工艺在铺层设计与生产自动化程度方面存在一定局限,导致工程施工过程效率低下;同时,缺少统一的技术标准和设计规范也间接制约了其应用范围。此外,管道工程自动巡检技术与缺陷定量评价标准尚未统一,无法合理量化和准确评价整体工程质量。为此,依托北疆小洼槽供水工程,围绕长距离大口径FRPM管的管材铺层设计与制造工艺、工程设计、质量评定、自动巡检、运行监测与安全保障等关键技术,通过产学研用相结合,持续15年攻关,取得突破性创新成果:①引进吸收并创新了适合于长距离、高工作压力、以连续缠绕工艺为首选的FRPM管生产工艺,优化了大口径FRPM管材铺层设计方法,实现了供料—缠绕—固化—切割—检测全自动化控制,与国外同类产品标准相比,管道挠曲性能和轴向拉伸强度等提高了20%~50%;②提出了安全防护的工程和非工程措施,建立了长距离FRPM管不同缺陷类型危害性等级划分原则,创建了复杂地质条件下长距离FRPM管道工程安全评价理论与方法;③系统揭示了FRPM管质量缺陷产生机理,开发了FRPM管光固化片材局部修复工艺以及内衬聚乙烯(PE)的整体非开挖修复技术,提出了修复效果后评价方法,实现了对长距离FRPM管道工程运行安全的有效掌控。

纤维复合材料在调水工程长输管道中的应用

调水工程长距离输水管道的材料选择,对工程成本和输水线路的安全有着重要影响。纤维复合材料具有轻质高强、内壁光滑、耐腐蚀性好等特点,正逐步应用在输水管道中。文章分析了影响长距离输水管道材料选择的主要因素,介绍了钢管、球墨铸铁管、混凝土管等传统输水管道的材料特性,阐述了纤维复合材料在输水管道中的应用,重点分析了玻璃钢夹砂管的发展和特点,最后对纤维复合材料输水管道在产品升级、施工技术、安全防护和质量管理四个方面的发展进行了展望。

地面集输玻璃钢管结蜡原因与机理分析研究

某油田地面集输玻璃钢管线投产后出现蜡堵,严重影响油田正常生产。为了确定玻璃钢管结蜡原因与机理,从具有不同结蜡程度的3条在役玻璃钢管线截取试样,开展宏观检查、理化试验和润湿性分析等对比试验研究。结果表明,该3条玻璃钢管试样的成分结构、树脂含量、硬度和固化程度未见明显差异,符合玻璃钢管的标准要求,它们对柴油均表现为超亲油状态,润湿性未见明显差异。结蜡程度的不同主要是由管道运行温度所致,低流速、低气液比加速蜡沉积。玻璃钢管结蜡机理与钢质管道基本一致,为分子扩散机理,但玻璃钢管的临界表面张力、导热系数和粗糙度更低,使其不易发生蜡晶的沉积与聚集,展现出更佳的防结蜡性能。通过降低管材表面张力和实现疏油状态,将是提升玻璃钢管防结蜡性能的有效途径。

基于PSO-BP神经网络的玻璃钢管首层失效预测研究

预测玻璃钢管的首层失效对保障其在水利输水工程的服役安全具有重要意义。本文通过粒子群算法优化BP神经网络(PSO-BP)实现对玻璃钢管在双轴应力下管道复合层首层失效的预测,并将PSO-BP模型预测结果通过试验数据进行验证。研究表明:PSO-BP神经网络模型对玻璃钢管首层失效的平均预测准确率可达85%以上,收敛速度及预测准确率较对照BP神经网络模型均存在优势;绘制的轴向应力与环向应力的双轴失效包络线显示出PSO-BP模型预测的失效包络线与试验中测得的失效包络线十分接近,且预测失效包络线绝大部分位于试验失效包络线的内侧,故该模型是一种偏安全的预测模型,可作为一种按规范鉴定玻璃钢管合格前的有效判断手段。

大口径顶管顶进过程的数值模拟分析

采用数值方法模拟了大口径玻璃钢夹砂顶管顶进施工的动态全过程,分析了管土接触面上的大变形相对滑动对分析结果的影响。通过分析大口径顶管和周围土层的应力与变形,研究了施工过程中顶管和地基土体的力学效应,得到了顶管在施工过程中的应力应变及其影响范围的发展变化规律,为玻璃钢夹砂管在顶管工程中的应用提供参考。

大口径玻璃钢夹砂管的顶力分析与应用

通过对试验段进行现场测试与分析,获得了简明的适合于泥水平衡式玻璃钢夹砂管顶管施工的经验公式。实践表明,所得成果可用于指导后续该类管道的施工,取得了良好的社会效益和经济效益。

车辆超载下玻璃钢夹砂管涵洞安全评价

为评价埋地玻璃钢夹砂管涵洞的安全性,保障道路交通运输安全,本文以理论计算为基础,进行现场试验检测,综合分析地面车辆荷载和竖向土压力传至公路下的埋地玻璃钢纤维夹砂管上的作用力与管涵的受力变形特性,然后用回归预测模型计算1200 k N荷载下的力学参数值,验证管涵安全运营状况。结果表明,理论计算和现场试验进行比对,验证了车辆荷载作用下直径1.5 m、厚38 mm的玻璃钢夹砂管的安全可靠性,为玻璃钢夹砂管设计和施工提供科学理论依据。

大口径玻璃纤维增强塑料管(FRPMP)曲线顶管工程的质量控制

玻璃纤维增强塑料具有自重轻、水流摩阻小、运行耗能低、连接安装方便等优点被广泛地应用于无压管道施工,但是一直未应用于曲线压力管道中。该文根据曲线压力顶管工程的要求,合理确定玻璃纤维增强塑料管的原材料技术要求、管壁结构形式、管材的技术要求、生产过程控制和监造技术等。对产品应进行100%的外观质量和尺寸等的非破坏检验,并按适当比例进行破坏性抽检,最终生产出满足曲线压力顶管工程需要的合格产品。

地震荷载作用下埋地玻璃钢夹砂管的动力响应分析

玻璃钢夹砂管在土木水利工程领域得到了愈来愈广泛的应用,但现有的埋地管道地震响应分析模型大多不考虑管-土动力相互作用,且多针对均质材料管道,无法应用于具有明显层状复合材料结构特征的玻璃钢夹砂管。基于玻璃钢夹砂管的层状复合材料结构特征,建立了完整的埋地玻璃钢夹砂管地震响应分析模型,在数值分析模型中,考虑了管-土间复杂的动力相互作用,以及地震散射波从有限域向无限域的传播。算例分析表明,所建立的埋地玻璃钢夹砂管地震响应分析模型可合理地分析埋地玻璃钢夹砂管在地震荷载作用下的动力响应。

玻璃钢夹砂管涵洞力学性能现场试验研究

为了搞清楚玻璃钢夹砂管涵洞在填土和汽车荷载下的力学特性,设计了野外现场试验,就路基填筑和交通荷载下管涵的受力特性进行研究,并利用ANSYS WORKBENCH进行数值模拟。数值模拟和试验结果显示:在各种工况下涵管顶部的轴向应变最大,随着填土和载重汽车荷载的增加,管涵轴向应变、应力呈现非线性变化趋势,涵管各测点在工况3(0.5 m+60 t载重汽车)状态下应变量基本均呈现最大值,而在工况4(0.8 m+20 t载重汽车)状态下各测点均呈现最小值;涵管竖向变形均大于水平方向,并且受填土和汽车荷载两方面因素影响;最后,就研究结果对玻璃钢夹砂管设计和施工提出建议。

模糊小波神经网络在现役油田玻璃钢管的运行风险评价

玻璃钢管受到环境和腐蚀等各种因素的影响造成各种管道事故.将模糊评价法、小波分析和人工神经网络理论有机结合,建立了基于模糊小波神经网络的在役玻璃钢管运行风险评价模型.该模型采用模糊评价法对风险因素的指标进行量化,将模糊系统的输出作为神经网络的输入,构造模糊小波神经网络并加以训练.通过选择合适的算法,设计相应的小波神经网络,进行实例仿真.仿真结果表明,该模型能够有效解决现有评价方法主观随意性大、结论模糊等不足,并实时动态再现专家评价结果,其最大相对误差不超过0.3779%.

服役后玻璃钢夹砂管力学性能及断口结构研究

玻璃钢夹砂管作为一种新型玻璃纤维增强复合材料,已广泛应用于输水排水工程。该材料服役过程中力学性能会发生退化,进而产生管道破裂等问题,影响管道长期使用。为探究玻璃钢夹砂管服役后力学性能的变化及破坏机理,把从退役的玻璃钢夹砂管道上切割的若干轴向和环向试样分别进行抗压、抗拉和剪切性能试验,并对试样破坏后的断口进行了SEM电镜扫描分析。研究结果表明:服役后玻璃钢夹砂管的各项力学性能均有明显降低,且由于玻璃纤维主要沿环向分布,管道环向抗压、抗拉和剪切性能均优于轴向;试样断口SEM扫描电镜分析结果表明,玻璃纤维通过对试样的约束而提高其抗压强度,通过承担拉力而提高其抗拉强度,且玻璃纤维与石英砂在环向具有更好的整体性,进而玻璃纤维对环向的增强作用明显高于轴向。因此,在复杂环境和长期服役条件下,随着玻璃钢夹砂管力学性能不断退化,由于管道轴向强度相对较低,管道更易出现环向裂缝进而导致破坏。

新疆大型倒虹吸管道工程的运行调度计算及充排水方案复核

采用相关水力学公式分别计算了倒虹吸玻璃钢管道的运行调度、充排水时管内水力特性、出口闸门关闭时管道内水击压力值等。计算结果表明,出口闸门全开至全关时间以大于350 s为宜。复核计算倒虹吸管道放空阶段,沿程布设的进排气孔数量及孔径均满足需求。

FSMF在玻璃钢夹砂管道中的应用研究

阐述了玻璃钢夹砂管道的管壁结构特性 ,研究了矿物复合填料 FSMF在玻璃钢夹砂管道中的应用 ,结果表明 :在树脂中加入 30 %的 FSMF,可提高夹砂层的弯曲强度、弹性模量、刚度和韧性 ;在树脂中加入 2 5 %～ 30 %的 FSMF,可提高缠绕层的轴向拉伸强度、刚度、硬度、耐磨性能 ,降低成本约 12 %。

往复式交叉缠绕玻璃钢夹砂顶管及应用

文章对用于顶管施工的新型管材往复式交叉缠绕玻璃钢夹砂管的特性进行了分析和探讨,并简单介绍了在广州市南洲路污水主干管工程中的应用,说明该新型管材用于市政管道顶进施工的优越性和良好的发展前景。

玻璃钢夹砂管在顶管工程中的应用

近年来，玻璃钢夹砂管在（管工程中的到越来越广泛的应用，以广州市某污水工程顶管施工为例，介绍了玻璃钢夹砂管在流砂地层的应用，以及在顶管施工中所要注意的事项和应对措施，以供工程技术人员和同类工程参考。

玻璃钢夹砂管的应用现状及展望

介绍了玻璃钢夹砂管的特点,着重阐述了玻璃钢夹砂管在市政排水工程、污水治理、非开挖更新管道技术等领域中的应用现状,并指出了应用中应注意的问题。同时,对玻璃钢夹砂管未来的应用前景进行了展望。

大口径玻璃钢夹砂顶管管材的抗压性能

针对大口径玻璃钢夹砂顶管在施工过程中的受力特点,通过室内试验测试大口径玻璃钢夹砂顶管管材的抗压强度和弹性模量,得到了管材在受压状态下的全过程破坏曲线,进而分析玻璃钢夹砂顶管管材的破坏模式,并对缠绕式和离心浇铸式两种不同加工工艺的材质进行了比较分析.结果表明,玻璃钢夹砂顶管管材属于脆性材料,且两种加工工艺的材质破坏模式不同,离心浇铸式管材的均匀性好于缠绕式管材.

玻璃纤维增强塑料夹砂管的环刚度分析

通过对玻璃纤维增强塑料夹砂管的环刚度、管刚度、刚度等级概念进行分析,明确了环刚度的内涵是管道在外载作用下抵抗变形的一种能力,管刚度与环刚度并不是同一个概念,而刚度等级是管材初始特定环刚度的级别。由环刚度的相关概念分析了环刚度设计与测试的基本方法,并根据设计规范的要求对实际工程中所需要的刚度等级从变形和稳定性两个方面进行了分析,得到了确定刚度等级的基本原则和方法及其与埋设条件之间的关系。对正确理解玻璃纤维增强塑料夹砂管的环刚度以及环刚度的设计、测试及选择都具有一定的参考意义。

公路埋地玻璃钢夹砂管力学行为数值分析

玻璃钢夹砂管具有轻质、高刚度、寿命长等诸多优点,在交通工程领域得到了广泛的应用。由于各种不利因素的存在,对埋地玻璃钢夹砂管现场力学测试一直遇到瓶颈。随着现代建模技术的不断发展,利用ANSYS有限元力学分析程序,对埋深分别为50cm、80cm、100cm的埋地管在重量为20t、40t、60t卡车下的受力变形作分析,将试验结果与仿真结果加以对比。结果表明,各个工况下的测点误差控制在15%以内,验证模型的可行性与实用性。研究结果与方法为模拟埋地管其他力学性能和工况提供依据。