预应力钢筒混凝土管（PCCP）承载能力评估研究

发布时间：2020-10-12 21:54

　　 预应力钢筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe,简称PCCP)是一种复合型管材,广泛应用于各种输调水工程。PCCP在运行时,由于其复杂的工作环境,结构本身会产生裂缝和断丝,从而影响管道的承载性能,严重时甚至会导致发生爆管等工程事故,因此有必要分析裂缝和断丝对PCCP管承载能力的影响,对管的承载能力进行评估。本文结合PCCP管道工程,利用有限元软件ABAQUS进行数值仿真,通过与试验结果对比验证模拟结果的正确性,并对PCCP管的承载能力进行研究。综合分析PCCP裂缝的成因,研究由于干燥收缩引起的管芯混凝土内壁环形裂缝对PCCP承载能力的影响。通过将钢筒与插口钢环根部的焊接位置向管内延伸,分析改变钢筒与插口钢环焊接位置对PCCP插口端内壁环形裂缝的影响,分析结果表明将钢筒与插口钢环根部焊接位置向管内延伸能够减小缠丝后管芯混凝土的轴向拉应力,有利于减少PCCP插口内壁环形裂缝。通过考虑砂浆保护层对钢丝的握裹力,建立更符合实际的PCCP断丝模型,研究断丝数量和断丝位置对PCCP承载能力的影响。研究结果表明钢丝断裂后,断口处的钢丝应力完全释放,但由于砂浆保护层握裹力的作用,钢丝的应力沿管周方向经过约2750mm后不受影响;断丝会造成两侧未断钢丝的应力增大,沿管长方向其影响长度随着断丝数量的增加而增长;断丝会降低PCCP的承载能力,且断丝数量越多,PCCP承载能力降低的幅度越大;相同断丝数量下,管端断丝比管中间断丝对PCCP承载能力的影响更为显著。根据实际工程多次断丝检测数据,估计断丝发展速度,对在役PCCP管进行承载力评估,研究发现PCCP完好管在工作内外压的共同作用下不会发生破坏;PCCP断丝10%以后,管芯混凝土出现受拉损伤;当断丝数量达到40%左右时,断丝区域管芯混凝土在内外压共同作用下出现贯穿性裂缝,管道不宜继续承载;当断丝数量达到60%左右时,钢筒应力达到屈服,此时PCCP可能会发生爆管。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TV332
【部分图文】：

南京航空航天大学硕士学位论文第一章 绪论筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe，以下简称 PC带钢筒的混凝土管芯外侧缠绕高强预应力钢丝以施加预应力，成的，其结构如图 1.1 所示。PCCP 管结合了钢管和混凝土管的能力强以及承压能力强等优点。同时，PCCP 综合成本较低，

图 1.2 PCCP-E 结构图 图 1.3 PCCP-L 结构图预应力钢筒混凝土管（PCCP）最初是由法国的邦纳管道公司在 1939 年制造而成，并被应用于巴黎郊区的某个工程上。随后，美国也开始研究 PCCP 管，并对 PCCP 管的发展做出了重要贡献。目前，经过了七十多年的研究与发展，国外已有多家公司在生产 PCCP 管，阿麦隆公司和普莱斯兄弟公司是其中生产规模较大的厂家。目前，PCCP 管已经在欧洲、美洲、亚洲和非洲得到广泛地运用，美国是当今世界上 PCCP 管生产和使用最多的国家。我国对 PCCP 管的研制和生产起步较晚，山东电力管道工程公司在 1989 年从美国引进了关键的生产装备及技术，是我国生产 PCCP 管最早的厂家。此后，国内多家公司开始生产 PCCP管。当前，PCCP 管在国内的重大工程中有着广泛应用，大规模采用 PCCP 管的输调水工程有南水北调工程、北京张坊水源应急输水工程、大连应急输水工程、江苏常州武进引长江水工程、山西万家寨引黄工程以及中国核工业甘肃四零四厂引水工程等等。1.2 PCCP 设计方法PCCP 的第一版设计和制造标准由美国在 1994 年制定的，其结构设计方法从最初的半经验设计方法和工作应力设计方法，逐步发展到现在广泛采用的极限状态设计方法。当前，国际上

图 1.2 PCCP-E 结构图 图 1.3 PCCP-L 结构图预应力钢筒混凝土管（PCCP）最初是由法国的邦纳管道公司在 1939 年制造而成，并被应用于巴黎郊区的某个工程上。随后，美国也开始研究 PCCP 管，并对 PCCP 管的发展做出了重要贡献。目前，经过了七十多年的研究与发展，国外已有多家公司在生产 PCCP 管，阿麦隆公司和普莱斯兄弟公司是其中生产规模较大的厂家。目前，PCCP 管已经在欧洲、美洲、亚洲和非洲得到广泛地运用，美国是当今世界上 PCCP 管生产和使用最多的国家。我国对 PCCP 管的研制和生产起步较晚，山东电力管道工程公司在 1989 年从美国引进了关键的生产装备及技术，是我国生产 PCCP 管最早的厂家。此后，国内多家公司开始生产 PCCP管。当前，PCCP 管在国内的重大工程中有着广泛应用，大规模采用 PCCP 管的输调水工程有南水北调工程、北京张坊水源应急输水工程、大连应急输水工程、江苏常州武进引长江水工程、山西万家寨引黄工程以及中国核工业甘肃四零四厂引水工程等等。1.2 PCCP 设计方法PCCP 的第一版设计和制造标准由美国在 1994 年制定的，其结构设计方法从最初的半经验设计方法和工作应力设计方法，逐步发展到现在广泛采用的极限状态设计方法。当前，国际上
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本文编号：2838328