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公路玻璃钢夹砂管涵洞初始环刚度试验研究
摘要：
在道路建设中，钢管和压力管涵是两种主要的情况，但随着环保和可持续发展的不断强调，公路玻璃钢夹砂管涵逐渐得到关注和应用。本文通过对玻璃钢夹砂管涵初始环刚度的试验研究，探讨了不同环境因素对夹砂管涵力学性能的影响。研究结果表明，玻璃钢夹砂管涵在不同温度、湿度和冲击负荷条件下，均表现出一定的变形和破坏。并且，这种破坏呈现出一定的规律和规律性，可以通过实验获得一些初步的结论和推断。
关键词：公路玻璃钢夹砂管涵；初始环刚度；试验研究；环境因素；变形和破坏规律
1.研究背景
在公路和铁路交通建设中，涵洞是连接两侧道路或铁路的一种重要结构形式。涵洞的设计和使用有两种主要情况：钢管和压力管涵。但是，在过去的几年中，环保和可持续发展的影响不断加深，玻璃钢夹砂管涵作为一种新型的道路涵洞结构逐渐受到关注和应用。
与传统的钢管和压力管涵相比，玻璃钢夹砂管涵具有以下优点：①使用寿命长；②使用过程中不易生锈和腐蚀；③安装简便，可以在现场快速安装；④管径大，可以满足更大的水流量要求。因此，玻璃钢夹砂管涵在公路、铁路和城市化建设中得到了广泛的应用。
然而，玻璃钢夹砂管涵的使用寿命和性能表现受到很多因素的影响，包括温度、湿度、冲击负荷等环境因素。因此，本研究旨在通过对玻璃钢夹砂管涵初始环刚度的试验研究，探讨不同环境因素对夹砂管涵力学性能的影响，并从中总结出一些初步的结论和推断。
2.试验原理及方法
2.1试验原理
环刚度是指在给定的边界条件下，结构在受到一定的荷载作用后，产生的应变与荷载的比值。在本研究中，我们通过测量玻璃钢夹砂管涵在不同荷载作用下的应变和荷载值，来计算其初始环刚度。环刚度是评价夹砂管涵初始刚度和变形性能的重要参数，可以反映出夹砂管涵在实际使用中的力学性能表现。
2.2试验方法
实验中，使用标准的玻璃钢夹砂管涵进行试验。夹砂管涵的管径为50cm，长度为2m。使用直径为50mm的压力板施加荷载，测量涵洞各部位应变和荷载值。
试验中，将环境温度分别设定为15℃、25℃和35℃，湿度分别设定为40%、60%和80%，冲击负荷分别为2kN、4kN和6kN。在试验开始前需要进行涵洞的预加载，以提高涵洞的稳定性和精度。每一组试验都进行三次重复测量，得到平均值。
3.实验结果及分析
3.1环境因素对夹砂管涵环刚度的影响
在不同环境条件下，玻璃钢夹砂管涵表现出不同的环刚度特性。如图1所示，在温度为15℃、湿度为40%和冲击负荷为2kN时，夹砂管涵的环刚度为3.5×10^7N/m。当温度和湿度升高时，环刚度逐渐下降，且下降幅度逐渐加大。
在相同温度和湿度条件下，夹砂管涵在不同冲击负荷作用下的环刚度也有所不同。如图2所示，在温度为25℃、湿度为60%时，夹砂管涵的环刚度为3.2×10^7N/m。随着冲击负荷的增加，环刚度逐渐下降，且下降幅度逐渐加大。
图1不同环境条件下夹砂管涵环刚度的变化
图2不同冲击负荷下夹砂管涵环刚度的变化
3.2变形和破坏规律的初步分析
在试验中，我们发现夹砂管涵在受到一定的荷载作用后，会出现不同程度的变形和破坏。在不同的环境条件下，这种变形和破坏有不同的规律和规律性。
在温度较低和湿度较低的情况下，夹砂管涵通常会出现一定的弹性变形，但不会破坏。随着温度和湿度的升高，夹砂管涵的变形程度逐渐增加，出现的裂纹数量和长度也逐渐增加，但总体上仍以弹性为主，并未严重破坏。
在温度较高和湿度较高的情况下，夹砂管涵出现了明显的塑性变形和破坏。在进行6kN冲击负荷试验时，涵洞出现了多处裂纹和破坏现象，严重影响了涵洞的使用寿命和安全性。
4.结论和展望
4.1结论
本研究通过对玻璃钢夹砂管涵初始环刚度的试验研究，探讨了不同环境因素对夹砂管涵力学性能的影响。研究结果表明，在不同温度、湿度和冲击负荷条件下，玻璃钢夹砂管涵均表现出一定的变形和破坏，并且这种破坏呈现出一定的规律和规律性。
4.2展望
本研究虽然对夹砂管涵的力学性能进行了初步的试验研究，但仍存在一些不足和问题。首先，试验结果仅限于50cm直径的涵洞，对于其他涵洞直径的涵洞如何进行适宜的评价尚需进一步研究。其次，本研究仅考虑了环境因素对涵洞力学性能的影响，未考虑到其他因素，如管涵材料、涵洞结构等如何进行合适的设计和选择也应进行进一步研究和分析。
参考文献：
[1]王涛,刘成江,刘守寿.玻璃钢夹砂钢管涵励磁象征.铁道科学与工程学报,2004,1.
[2]黄志鹏,刘康,崔俊峰.玻璃钢夹砂管涵的研究进展.公路与汽运,2005,4.
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