路桥涵洞用高性能热熔塑复合波纹钢管的关键技术研发及产业化

1、项目背景及意义 
    随着经济社会的发展，我国正积极推进公路运输体系及运力改革，复杂地质环境下公路桥梁涵洞设计建造成为制约公路新建、维护、改造升级及运力提升的主要因素。路桥涵洞多为钢混和圬工砌体结构，其设计施工周期长、造价高，且难以适应沙石、湿陷性黄土和冻土等环境。波纹钢管涵洞作为一种柔性结构体，因结构简单、施工周期短、强度高、抗震及变形等优点，在路桥涵洞领域具有良好的发展前景。随着路桥施工向高原山地等高寒、泥沙、酸性及湿陷性土壤环境发展，新型高强耐候抗磨蚀波纹钢管的研发已迫在眉睫。 
    南京联众建设工程技术有限公司作为国内一家专门从事路桥涵洞材料研发、结构设计与施工企业，致力于高性能热熔塑复合波纹钢管的关键技术研发。 
    本项目产品规模投产三年来，创销售总额1.4459亿元，新增利税1933.8739万元，出口创汇约501.9013万美元，新增就业岗位36个。产品广泛应用于国内路桥涵洞建设并出口至美国、俄罗斯等国，取得了显著的经济社会效益。项目还形成了15件发明和14件实用新型专利授权。 
2、主要研发及产业化内容 
    内容一：波纹钢管基材遴选及柔性高强度结构优化设计技术 
   （1）优化遴选波纹钢管基材，降低原料等级和成本。基于“强度等级、成形特性及经济性”综合评估，遴选基材为Q235等碳钢，结合波纹结构优化，既能满足强韧性，又适合复杂结构波纹成形，成本约为混凝土的35%。 
   （2）结合有限元模拟技术优化设计波纹结构，提高其柔性自适应能力。通过数值模拟技术研究波纹结构参量与其截面惯性矩、荷载特性及管土交互作用的关联规律，优化设计波纹结构，提高其在不同地质和填方工况下的柔性自适应和安全可靠性。 
    内容二：波纹钢板连轧精密快速成形控制技术及成套装备研发 
   （1）研发了波纹钢板智能快速精密连轧成形控制技术与装备。结合轧辊结构及系统优化，基于金属流变与多场耦合分析，开发了多道次温送连轧成形技术，降低轧制负荷，实现多种波形大应变快速精密成形，产品合格率达98%以上。 
    内容三：织构化热浸镀锌层和纳米陶瓷颗粒增强高密度聚乙烯覆膜复合防护技术 
   （1）优化设计了纳米陶瓷颗粒增强覆膜粉末，开发了颗粒分散技术。优化纳米氧化铝颗粒增强高密度聚乙烯成分配比，结合雾化造粒技术，保证覆膜均匀。 
   （2）研发了纳米颗粒增强高密度聚乙烯熔塑覆膜技术与工艺。结合表面磷化、静电喷涂及热压固化成形技术及覆膜工艺优化，制备金属-非金属复合防护层，光亮均匀，具有优异的耐磨、耐蚀和抗冲蚀性能。 
    内容四：波纹钢管高精度无缝等强柔性互连技术 
   （1）开发了整体式波纹钢管柔性等强过盈互连技术。通过波纹钢板弯曲成形工艺优化，降低弯曲应力，优化配合间隙，实现低应力柔性自适应配合。 
   （2）研发了分体式波纹钢管低应力铆固连接技术。针对路桥涵洞高度大、跨径宽和纵深长的施工问题，通过分体式波纹板曲率和形变优化，实现低应力铆固互连，提高装配质量和精度。