ANSYS对多基复合管在吊装及使用过程中混凝土的开裂现象进行了数值模拟研究 ，发现所用特定配合 比下 的混凝 土
在吊装过程 中不会发生因其开裂而导致的管道破坏 ，在使用过程中其开裂极限外压为 315 t／m，开裂极限内水压为 1．3 MPa。从
而克服了试验的局限性，节省了大量的人力 、物力和时间，为多基复合管的吊装及使用提供可靠的参考依据。
关键词：多基复合管；混凝土；开裂 ；数值模拟
中 图分类 号 ：TU528．01 文献标 志码 ：A 文 章编 号 ：1002—3550(2015)10—0022—04
Study of numerical simulation on concrete cracking phenomenon of multi—matrix composite pipe
CAO Yuan ，ZHENG LJxia ，ZHANG Xiaoyu ，LI Hongguang ，CHEN Peng
(i．Chongqing Hydropower Vocational and Technical College，Chongqing 402106，China
2．College of Science，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China)
Abstract：In order to avoid debonding among concrete layer，outer fiberglass layer and the inner resin layer of m ulti—m atrix com posite
pipe due to cracking and excessive deformation of concrete layer，affecting its lifting and norm al use．Based on numerical simulation of
cracking on concrete of multi ～m atrix com posite pipe in the process of lifting and using by AN SYS，found that cracking of concrete
does not occur in the process of lifting ，but pipeline dam ages due to concrete cracking in the course of use，th e outer lim its pressure of
its cracking is 315 t／m ，th e inner limits pressure ofits cracking is 1．3 M Pa．It overcom es the limitations ofth e tests，saving a lot of man —
power，materials and tim e，and providing a reference basis for lifting and using of m ulti —m atrix composite pipe．
Key words：multi—matrix composite pipe；concrete；cracking；numerical simulation
目前用 于土木 工程 的材 料 中，混凝 土仍 占据主导 地
位 。混凝土结构 由于原材料性能、施工工艺 、使用环境等诸
多 因素的影 响不 可避 免会产 生裂缝 ，以致 于常 常带缝 工
作 …。而裂缝尤其是宏 观裂缝 (指 宽度在 0．05 mm 以上 ，
肉眼可以看到的 )是混 凝土结构承载能力 、耐 久性 及抗渗
透性降低 的主要原 因之一 。所以研究开裂对混凝 土结构 ，
尤其是用 于水工构筑物 和建筑 物的混凝土有着重要 的意
义 。现有 文献 和 资料 对 混 凝 土 开裂 的试 验研 究 比较 常
见 ，但数值模拟研究 比较少。而对新 型多基复合材料
管来讲 ，混凝土开裂将造成其混凝 土层和预应力玻璃钢层
及 内树脂层脱 黏，影响其 吊装及正常 的使用 。多基复合管
用?昆凝土在 内外 荷载作用下 的开裂极 限压力可 以通过 内
水压试验及平压试验来测定 ，但是 由于试 验条件 的限制 ，
试验很难实现。考虑到数值模拟可以节约人力 、物力 、减少
耗时 ，而且用于多基复合管 的混凝 土在 吊装和使用过程 中
的数值模拟更是少见 (未 见文献报导 )。所 以本研究应用
有限单元计算软件 ANSYS对多基复合材料管在吊装及使
收稿 日期 ：2015一O卜 18
基金 项 目 ：国家高技术研究 发展计划 863项 目(201 3AA031306)
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用过程 中混凝土 的开裂现象进行了数值模拟研究 。从而克
服了试验的局 限性 ，节省了大量 的人力 、物力和时问，而且
为多基复合管 的吊装及使用提供了可靠的参考依据。
1 数值模 拟 中用到的单元 类型
本研究对多基复合管的数值模 拟共选用了丽种单元 ，
管芯混凝土采用 SOLID65单 元 ，内层树脂 及外层 预应
力玻璃纤维(简称 FRP)均采用 SHELL181单元 ，对所采
用的单元做如下简要介绍 ：
(1)混凝土 SOLID65单元
SOLID65单元是 ANSYS中专 为抗压 能力 远大 于抗
拉能力诸如混凝土 、岩石等非 均匀材料开发 的单元 。它既
可以模拟混凝土中加强材料 (钢筋 、玻璃纤维 ，型钢等 )，也
可以模拟此 类材 料 的开裂 、蠕 变 、压 碎等 现象 。SOLID65
单元 是 改进 SOLID45单元 而成 的三维八 节点 六面体 单
元。主要增添 了两个主要部分 ：一是针对混凝 土的性能引
入了 Willam—Wamke五参数破坏 准则 ，对混凝 土性能 的
描述更加准确 。二是采用整体式模型 ，将加筋混 凝土视为
均匀连续材料 ，采用统一 的刚度 矩阵 ，在一定范 围 内可 以

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