丁明，王振清，席達，張瑞元

（河南工業(yè)大學 土木建筑學院，河南 鄭州 450001）

0 研究背景

地下糧倉常年處于溫度較低且較為潮濕的環(huán)境中，在有些地下水位較高的地帶，甚至會出現(xiàn)糧倉倉體部分浸泡在水中的情況。一些傳統(tǒng)的防水防潮措施，例如鋼板防水、防水卷材和防水涂料等，在地下復雜的水文地質情況下的表現(xiàn)都不太理想[1]。本文提出在地下糧倉中采用內襯聚丙烯塑料層的方法可以很好地解決地下糧倉的防水、防潮問題。聚丙烯材料在低溫避光條件下化學性能穩(wěn)定，具有很好的抗彎和抗拉性能。同時，聚丙烯無毒無害，可以直接和糧食接觸[2]。

模擬地下糧倉的實際情況，對坡口焊縫、焊接蓋板的坡口焊縫、膠粘劑粘貼并焊接蓋板的坡口焊縫3種焊縫形式的聚丙烯塑料試件進行水壓試驗，通過監(jiān)測和觀察焊縫區(qū)域的應變情況，得到焊縫可以抵抗水壓力的強度，從而得到焊接強度和板厚、焊縫形式等因素的關系，進一步計算分析塑料板的變形受力情況，以提供一定的實際工程設計理論參考。模擬塑料焊縫模型見圖1。

圖1 模擬塑料焊縫模型

1 坡口焊縫抗水壓性能研究

1.1 不同厚度聚丙烯塑料板焊接試件抗水壓性能分析

對不同板厚的聚丙烯塑料焊接試件（焊縫寬度均為20mm）進行模擬驗證，板厚分別為 5、8、10、12、15、18、20 mm。坡口焊接是將2塊塑料板對接坡口焊滿焊條，不同板厚坡口焊縫的抗水壓強度如表1所示。

表1 不同板厚坡口焊縫的抗水壓強度

將表1中的數(shù)據(jù)繪制成散點圖，如圖2所示。圖2中點的分布比較規(guī)律，利用線性回歸法可得到式（1）：

式中：t——聚丙烯塑料板的厚度，mm；

P——抗水壓強度，MPa。

圖2 不同板厚坡口焊縫抗水壓強度的線性回歸分析

1.2 不同焊縫寬度聚丙烯塑料板焊接試件抗水壓性能分析

對不同焊縫寬度的聚丙烯塑料焊接試件（板厚均為10mm）進行模擬驗證，焊縫寬度分別為 5、10、15、20、25、30 mm。不同焊縫寬度坡口焊縫的抗水壓強度如表2所示。

表2 不同焊縫寬度坡口焊縫試件的抗水壓強度

將表2中的數(shù)據(jù)繪制成散點圖，如圖3所示。圖3中點的分布近似直線，利用線性回歸法可得到式（2）：

式中：w——坡口焊形式中塑料焊縫的寬度，mm。

圖3 不同焊縫寬度坡口焊縫抗水壓強度線性回歸結果

由式（1）、式（2）可以看出，式（1）自變量前的系數(shù)大于式（2）自變量前的系數(shù)，表明影響坡口焊縫抗水壓性能的主要因素是塑料板厚度，其次是坡口焊縫寬度。

2 焊接蓋板的坡口焊縫抗水壓性能研究

焊接蓋板的坡口焊縫主要是由下部底板、上部蓋板和坡口焊縫組成，所以底板、蓋板的厚度和坡口焊縫寬度是這種焊縫抗水壓性能的主要因素。在數(shù)值模擬中將底板厚度分別設置為 5、10、15、20 mm，蓋板厚度分別設置為 5、10、15、20 mm，焊縫寬度分別設置為5、10、15、20 mm。模擬數(shù)據(jù)見表3。

影響焊接蓋板的坡口焊抗水壓強度的因素有底板厚度、蓋板厚度和坡口焊縫寬度，故以底板厚度、蓋板厚度和坡口焊縫寬度為自變量，塑料焊縫抗水壓強度為變量進行多重回歸分析，回歸的各項參數(shù)如表4所示，可以得到板厚度、蓋板厚度和坡口焊縫寬度與焊縫抗水壓強度的相似性關系見式（3）：

式中：t1——底板厚度，mm；

t2——蓋板厚度，mm；

w——坡口焊縫寬度，mm。

由表4可以看出，底板厚度的T檢驗值遠大于蓋板厚度的T檢驗值，蓋板厚度的T檢驗值大于坡口焊縫寬度的T檢驗值，由此可以看出，底板厚度是影響焊接蓋板的坡口焊縫抗水壓強度的主要因素，其次是蓋板厚度，最后是坡口焊縫寬度。

表3 焊接蓋板的坡口焊縫抗水壓強度

表4 回歸參數(shù)分析

3 粘貼并焊接蓋板的坡口焊縫抗水壓性能研究

焊接蓋板并粘貼加固的坡口焊縫主要是由下部底板、上部蓋板和坡口焊縫組成，所以底板、蓋板的厚度和坡口焊縫的寬度是這種焊縫的抗水壓性能主要因素。在數(shù)值模擬中將底板厚度分別設置為5、10、15、20 mm，蓋板厚度分別設置為5、10、15、20 mm，焊縫寬度分別設置為 5、10、15、20 mm。模擬數(shù)據(jù)見表5。

影響粘貼并焊接蓋板的坡口焊縫抗水壓強度的因素有底板厚度、蓋板厚度和坡口焊縫寬度，故以底板厚度、蓋板厚度和坡口焊縫寬度為自變量，塑料焊縫抗水壓強度為變量進行多重回歸分析，回歸的各項參數(shù)如表6所示，可以得到底板厚度t1、蓋板厚度t2和坡口焊縫寬度w與焊縫抗水壓強度P的相似性關系見式（4）：

由表6可以看出，底板厚度的T檢驗值遠大于蓋板厚度的T檢驗值，蓋板厚度的T檢驗值大于坡口焊縫寬度的T檢驗值，由此可以看出，底板厚度是影響焊接并粘貼蓋板的坡口焊縫抗水壓強度的主要因素，其次是蓋板厚度，最后是坡口焊縫寬度。

對比式（3）、式（4）發(fā)現(xiàn)，2組公式3個自變量前的系數(shù)基本相同，截距也基本相同，表明2種焊縫抗水壓性能基本相似。

4 結論

通過理論分析及線性回歸可知，塑料板厚度和聚丙烯焊縫試件的抗水壓性能呈正相關關系。隨塑料板厚度的增大，焊縫試件的抗水壓性能也在不斷提高，但提高的幅度越來越小。焊縫寬度對焊縫試件的抗水壓強度有明顯影響，在相同板厚的情況下，焊縫越寬，試件的抗水壓性能越好。坡口焊縫抗水壓性能主要取決于坡口焊縫的寬度，焊接蓋板的坡口焊縫、膠粘劑粘貼并焊接蓋板的坡口焊縫2種焊縫的抗水壓性能由聚丙烯塑料底板厚度、聚丙烯塑料蓋板厚度和坡口焊縫的寬度共同決定。其中，塑料底板的厚度是影響焊接蓋板的坡口焊縫、膠粘劑粘貼并焊接蓋板的坡口焊縫2種焊縫抗水壓性能的主要因素，其次是塑料蓋板的厚度，最后是坡口焊縫的寬度。

表5 粘貼并焊接蓋板的坡口焊縫抗水壓強度

表6 回歸參數(shù)分析