本發(fā)明屬于竹纏繞復(fù)合管工程，具體涉及的是一種竹纏繞復(fù)合管的抗彎剛度測(cè)試與分析方法。

背景技術(shù)：

1、竹纏繞復(fù)合管是以天然毛竹為基材、水溶性氨基類(lèi)樹(shù)脂為膠黏劑，經(jīng)制襯、纏繞、固化、外防護(hù)、修整、脫模等工序后制成的環(huán)保生態(tài)管材，主要分為三層結(jié)構(gòu)：最內(nèi)層為內(nèi)襯層，由竹纖維無(wú)紡布、玻璃纖維針織氈、網(wǎng)格布經(jīng)纏繞、膠粘而制成，起防水保護(hù)作用；中間結(jié)構(gòu)層為主要承力層，將原竹開(kāi)片、抽絲后制成竹篾，再將竹篾編織成軸向、環(huán)向2種竹篾簾，軸向竹篾簾即纏繞時(shí)竹篾的纖維方向與管涵軸向平行，環(huán)向竹篾簾即將竹篾的纖維方向沿管涵圓周方向纏繞，纏繞時(shí)，2種竹篾簾交替，每層竹篾疊加一層網(wǎng)格布，纏繞與施膠同時(shí)進(jìn)行；最外層為防護(hù)層，由防水性較好的樹(shù)脂制成，并可根據(jù)著色、防腐等需求加入其他填料。

2、竹纏繞復(fù)合管是一種新型的生物基綠色管道，其用途主要集中在市政、水利、交通領(lǐng)域，竹纏繞復(fù)合管單節(jié)管長(zhǎng)遠(yuǎn)大于普通鋼筋混凝土管，在生產(chǎn)運(yùn)輸、吊裝施工、管底不均勻沉降等情形中難免會(huì)承受沿管軸方向的縱向彎矩作用。明確竹纏繞復(fù)合管縱向力學(xué)性能有助于推廣該材料在更多領(lǐng)域的應(yīng)用，主要表征其縱向受力性能的指標(biāo)即抗彎剛度，目前對(duì)竹纏繞復(fù)合管的系統(tǒng)研究較少，尚未建立完整的理論體系，在設(shè)計(jì)時(shí)主要參考混凝土管及其他柔性管的設(shè)計(jì)方法。

3、目前竹纏繞復(fù)合管抗彎剛度可以通過(guò)試驗(yàn)實(shí)測(cè)或有限元模擬獲取，但兩種方式均存在明顯的缺陷不足。試驗(yàn)實(shí)測(cè)需生產(chǎn)一定長(zhǎng)度竹纏繞復(fù)合管，然后設(shè)計(jì)抗彎剛度加載試驗(yàn)，獲得荷載位移曲線，由相關(guān)計(jì)算公式計(jì)算得出，這種方法需要試驗(yàn)機(jī)、測(cè)試儀器及采集裝置，最終還需要對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，操作流程復(fù)雜、專(zhuān)業(yè)要求較高、經(jīng)濟(jì)成本較大。有限元模擬提供了一種簡(jiǎn)便的方法，但在實(shí)操時(shí)，設(shè)計(jì)人員仍然需要進(jìn)行建模與計(jì)算，且針對(duì)竹纏繞復(fù)合材料的非均質(zhì)性與變異性，模擬方法與參數(shù)獲取尚無(wú)成熟的研究成果，導(dǎo)致模擬結(jié)果可信度不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種竹纏繞復(fù)合管的抗彎剛度測(cè)試與分析方法，該方法操作簡(jiǎn)單、便捷。通過(guò)統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中的原材消耗量，測(cè)量竹纏繞復(fù)合管截面少量幾何尺寸，測(cè)定竹篾與樹(shù)脂的基本力學(xué)參數(shù)(亦可取用經(jīng)驗(yàn)參考值)，即可實(shí)現(xiàn)抗彎剛度較為準(zhǔn)確的估算。

2、本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種竹纏繞復(fù)合管的抗彎剛度測(cè)試與分析方法，包括以下步驟：

3、1)根據(jù)待測(cè)竹纏繞復(fù)合管的結(jié)構(gòu)和組成成分，獲得竹纏繞復(fù)合管的結(jié)構(gòu)參數(shù)；

4、2)分別對(duì)制備竹纏繞復(fù)合管結(jié)構(gòu)層的竹篾和樹(shù)脂進(jìn)行拉伸測(cè)試，獲得竹篾順紋彈性模量e1、竹篾橫紋彈性模量e2以及樹(shù)脂彈性模量e3；

5、3)考慮竹纏繞復(fù)合管的結(jié)構(gòu)層中竹篾占結(jié)構(gòu)層的體積比，根據(jù)竹纏繞復(fù)合管的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及步驟2)獲得的e1、e2、e3，計(jì)算軸向竹篾層沿管環(huán)向等效彈性模量et和環(huán)向竹篾層沿管環(huán)方向等效彈性模量ec；

6、4)將步驟1)中竹纏繞復(fù)合管的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及步驟3)得到的et和ec代入到竹纏繞復(fù)合管抗彎剛度計(jì)算公式，得到待測(cè)竹纏繞復(fù)合管抗彎剛度。

7、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，在分析待測(cè)竹纏繞復(fù)合管抗彎剛度時(shí)，忽略竹纏繞復(fù)合管中內(nèi)襯層、外防護(hù)層和網(wǎng)格布的作用，僅考慮結(jié)構(gòu)層竹篾和樹(shù)脂的抗彎作用。

8、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟1)中，所述竹纏繞復(fù)合管的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括結(jié)構(gòu)層壁厚t、結(jié)構(gòu)層竹篾的體積耗費(fèi)量p、樹(shù)脂的體積耗費(fèi)量q、其他材料的體積耗費(fèi)量r、單層環(huán)向竹篾層厚度t1、單層軸向竹篾層厚度t2、環(huán)向竹篾層數(shù)m、軸向竹篾層數(shù)n、竹纏繞復(fù)合管內(nèi)直徑d0以及竹纏繞復(fù)合管外直徑d。

9、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，由于鋪層工藝的差異，環(huán)向、軸向竹篾層可能不連續(xù)，測(cè)量層厚時(shí)應(yīng)將獨(dú)立層厚疊加，根據(jù)總厚度計(jì)算單層竹篾層厚度平均值。

10、作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟4)中所述竹纏繞復(fù)合管抗彎剛度計(jì)算公式為：

11、

12、ebt＝α1et+(1-α1)ec

13、

14、

15、其中，g為竹纏繞復(fù)合管等效抗彎剛度，et為軸向竹篾層沿管環(huán)向等效彈性模量，ec為環(huán)向竹篾層沿管環(huán)方向等效彈性模量，t為結(jié)構(gòu)層壁厚，t1為單層環(huán)向竹篾層厚度，t2為單層軸向竹篾層厚度，m為環(huán)向竹篾層數(shù)，n為軸向竹篾層數(shù)，α1為環(huán)向竹篾占結(jié)構(gòu)層竹篾的體積比，d0為竹纏繞復(fù)合管內(nèi)直徑，d為竹纏繞復(fù)合管外直徑，ebt為竹纏繞復(fù)合管縱向圓環(huán)截面等效彈性模量，it為圓環(huán)截面關(guān)于中性軸的慣性矩。

16、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

17、本發(fā)明采用了材料力學(xué)理論與預(yù)測(cè)纖維復(fù)合材料力學(xué)性能的混合定律原理，克服了現(xiàn)有分析方法將竹纏繞復(fù)合材料視為單一均質(zhì)材料導(dǎo)致預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性較低的弊端，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)竹纏繞復(fù)合材料及管環(huán)截面沿管軸向力學(xué)參數(shù)的獲取。

18、本發(fā)明還考慮了竹纏繞復(fù)合管實(shí)際原料的耗費(fèi)參數(shù)、實(shí)際成品的尺寸參數(shù)、分層鋪層的生產(chǎn)工藝以及正交異性的材料屬性，克服了現(xiàn)有縱向彎曲剛度計(jì)算分析方法過(guò)于簡(jiǎn)略與準(zhǔn)確度較低的問(wèn)題，從而為本發(fā)明提供了合理的原始參數(shù)與分析依據(jù)。

19、本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)單的生產(chǎn)調(diào)研、材料試驗(yàn)以及分析計(jì)算，可以避免試驗(yàn)檢測(cè)操作重復(fù)、測(cè)試流程復(fù)雜與管段浪費(fèi)嚴(yán)重的問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)竹纏繞復(fù)合管縱向抗彎剛度預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性與經(jīng)濟(jì)性的平衡；進(jìn)一步為竹纏繞復(fù)合管的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、施工提供參考，以推動(dòng)該種材料在更多場(chǎng)景的拓展應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種竹纏繞復(fù)合管的抗彎剛度測(cè)試與分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述竹纏繞復(fù)合管的抗彎剛度測(cè)試與分析方法，其特征在于，在分析待測(cè)竹纏繞復(fù)合管抗彎剛度時(shí)，忽略竹纏繞復(fù)合管中內(nèi)襯層、外防護(hù)層和網(wǎng)格布的作用，僅考慮結(jié)構(gòu)層竹篾和樹(shù)脂的抗彎作用。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述竹纏繞復(fù)合管的抗彎剛度測(cè)試與分析方法，其特征在于，步驟1)中，所述竹纏繞復(fù)合管的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括結(jié)構(gòu)層壁厚t、結(jié)構(gòu)層竹篾的體積耗費(fèi)量p、樹(shù)脂的體積耗費(fèi)量q、其他材料的體積耗費(fèi)量r、單層環(huán)向竹篾層厚度t1、單層軸向竹篾層厚度t2、環(huán)向竹篾層數(shù)m、軸向竹篾層數(shù)n、竹纏繞復(fù)合管內(nèi)直徑d0以及竹纏繞復(fù)合管外直徑d。

4.根據(jù)權(quán)利要求3竹纏繞復(fù)合管的抗彎剛度測(cè)試與分析方法，其特征在于，由于鋪層工藝的差異，環(huán)向、軸向竹篾層可能不連續(xù)，測(cè)量層厚時(shí)應(yīng)將獨(dú)立層厚疊加，根據(jù)總厚度計(jì)算單層竹篾層厚度平均值。

5.根據(jù)權(quán)利要求3竹纏繞復(fù)合管抗彎剛度測(cè)試與分析方法，其特征在于，對(duì)竹纏繞復(fù)合管實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的材料耗費(fèi)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到結(jié)構(gòu)層竹篾的體積耗費(fèi)量p和樹(shù)脂的體積耗費(fèi)量q、其他材料的體積耗費(fèi)量r。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述竹纏繞復(fù)合管的抗彎剛度測(cè)試與分析方法，其特征在于，步驟2)中，沿待測(cè)竹纏繞復(fù)合管的拉伸方向粘貼應(yīng)變片，分別對(duì)竹篾沿纖維方向以及垂直纖維方向進(jìn)行軸向拉伸直至斷裂，從而測(cè)定竹篾順紋彈性模量e1和竹篾橫紋彈性模量e2；對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行軸向拉伸直至斷裂，從而測(cè)定結(jié)構(gòu)層樹(shù)脂彈性模量e3。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述竹纏繞復(fù)合管的抗彎剛度測(cè)試與分析方法，其特征在于，軸向竹篾層沿管環(huán)向等效彈性模量et和環(huán)向竹篾層沿管環(huán)方向等效彈性模量ec的計(jì)算公式為：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述竹纏繞復(fù)合管的抗彎剛度測(cè)試與分析方法，其特征在于，結(jié)構(gòu)層竹篾與樹(shù)脂占結(jié)構(gòu)層的體積比αb、αr根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)材料體積耗費(fèi)量計(jì)算，所統(tǒng)計(jì)的實(shí)際生產(chǎn)材料體積耗費(fèi)量應(yīng)減去實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的損耗量，并且在統(tǒng)計(jì)時(shí)假定環(huán)向竹篾層與軸向竹篾層中，竹篾與樹(shù)脂的體積比相同。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述竹纏繞復(fù)合管的抗彎剛度測(cè)試與分析方法，其特征在于，步驟4)中所述竹纏繞復(fù)合管抗彎剛度計(jì)算公式為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種竹纏繞復(fù)合管的抗彎剛度測(cè)試與分析方法，根據(jù)纏繞工藝定義環(huán)向竹篾層數(shù)為m，軸向竹篾層數(shù)為n；測(cè)定竹篾順紋彈性模量E<subgt;1</subgt;、竹篾橫紋彈性模量E<subgt;2</subgt;、結(jié)構(gòu)層樹(shù)脂彈性模量E<subgt;3</subgt;；管內(nèi)、外直徑D<subgt;0</subgt;、D；考慮竹篾占結(jié)構(gòu)層的體積比α，采用混合定律計(jì)算竹纏繞復(fù)合管沿橫截面等效彈性模量；計(jì)算橫截面慣性積，得到竹纏繞復(fù)合管理論抗彎剛度計(jì)算公式。本發(fā)明考慮了竹纏繞復(fù)合管的生產(chǎn)工藝，基于圓環(huán)截面慣性積計(jì)算公式，運(yùn)用材料力學(xué)計(jì)算理論，在實(shí)際工程中能夠提供給生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、施工人員參考，能很好對(duì)竹纏繞復(fù)合管的質(zhì)量進(jìn)行估算和把控。

技術(shù)研發(fā)人員：馬芹綱,夏晉,董鑫,鄭可卿,周宇,彭云龍,古金龍,唐麗
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江數(shù)智交院科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21