排水用PVC轴向中空壁管力学性能及结构优化分析

摘要

轴向中空壁管具有节省材料、轻便易施工、成本低等众多优点，对其进行结构创新可进一步提高其优势。基于外压、内压、抗冲击和埋地模型试验及仿真分析，分析拱形孔轴向中空壁PVC管的基本受力特性，再通过有限元对不同孔形的结构壁管和实壁管进行对比分析，研究结构壁孔形的影响机制，最后分析管壁布局形式对管道刚度和强度性能的影响。结果表明：随着变形的增大，实壁管外压承载力与结构壁管的比值逐渐增大，说明结构壁管刚度退化较快；外压、内压、抗冲击和埋地力学性能均表明管壁的孔形具有圆形孔>拱形孔>矩形孔的效果；圆孔中空壁管截面惯性矩相对较大，抗变形能力在中空壁管中最高；孔心偏内可提高刚度；由于轴向中空壁管的特殊受力形式，圆孔中空壁管的孔角弧长增加有效壁厚，且减少应力集中，因此荷载作用下应力相对较低。最后得出，轴向中空壁从结构上来说宜优先选择圆孔结构，根据不同的主导工况选择孔数量和孔心偏心距可进一步提高结构性能。本研究可为中空结构壁管的结构设计提供技术支撑，发挥结构壁管道的优势，增加排水管道的种类。

关键词

轴向中空壁管 / PVC / 力学性能 / 管壁布局 / 结构优化