预应力钢筒混凝土管（PCCP）内壁复式碳纤维加固技术的研究
发布时间：2021-07-28 09:40
预应力钢筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe,简称PCCP）是在带钢筒的管芯混凝土上螺旋缠绕预应力钢丝,并喷涂水泥砂浆保护层和环氧煤沥青防腐涂层而制成的复合管材。由于材料、设计、制造、运输、安装、运行和自然灾害等因素,一些管道出现了不同程度的损坏,使管线的运行风险升高。碳纤维加固PCCP具有非开挖、工期短、对周边环境影响小的特点。但是,由于碳纤维与混凝土的极限拉应变差异巨大,传统碳纤维加固技术（在PCCP内壁直接粘贴碳纤维布）无法有效发挥碳纤维的应力水平。本文提出复式碳纤维加固技术,即在PCCP内壁先粘贴高压缩弹性垫层,然后粘贴碳纤维布。通过材料试验、模型试验、理论计算、三维有限元模拟,本文取得了以下几个方面的研究成果:（1）PCCP内壁复式碳纤维加固结构利用垫层的高压缩性,增大了碳纤维的变形空间,提高了碳纤维的径向位移和环向应变,有效降低了PCCP所承担的内压荷载。（2）研发了一种适用于复式碳纤维加固PCCP技术的高压缩弹性垫层材料,该垫层材料压缩率大于40%,在压缩率小于30%的情况下泊松比接近0;断裂伸长率大于90%;拉伸强度大于2.0...
【文章来源】：中国水利水电科学研究院北京市
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１预应力钢筒混凝土管（ＰＣＣＰ）的结构型式??
告显示自ＰＣＣＰ被研制幵发以来，其产量呈爆发式增长，到１９７１年（２９年后）达??到生产建设的顶峰（年产量为１０８６ｋｍ），随后产量逐渐降低，１９９３年到２００４年年产??量维持在１５０ｋｍ左右，至２００６年年产量己不到高峰时期的２％（见图１．２）。??１１００????１０００?－??９００?－??■?ＰＣＣＰ－Ｌ??８００?－??■?ＰＣＣＰ－Ｅ??７００?－??６００?－??｜?５００?－??４００?－??３００?－??２００?－??１００?？?Ｉ??０丨ＩＩ丨川丨丨川丨丨川丨丨川丨丨川丨丨川丨丨川丨丨川丨丨川丨丨川丨丨川丨丨川Ｉ．??“Ｌｎｍｕｉｃｒ＞ｃｎ＇＇ｊ＇＾ｉ＇ｖｉｏｏｏｏｕＤ?①?ｕｄｏＯ??ｏ＾〇ｊ＾ｏ〇Ｎｊ〇？ｏ＾ｏ〇ＮＪｃｒ＞〇￡ｋ〇〇ＮＪｃｒ＞??图１．２美国１９４２－２００６年ＰＣＣＰ－Ｌ与ＰＣＣＰ－Ｅ的总产量??ＰＣＣＰ除广泛应用于美国和加拿大，也在非洲北部地区得到广泛应用。被誉为世界??第八大奇迹的利比亚大人工河项目将撒哈拉大沙漠丰富的地下水通过管道输送到北部??地中海沿岸人口密集区，总调水量为２５亿ｍ３，输水干线全长为４５００ｋｍ。一期工程为??１９００ｋｍ，二期工程为１７００ｋｍ，管径大部分是４ｍ，小部分为２．８ｍ、２．０ｍ和１．６ｍ，内??压大部分是ｌ．〇－１．２ＭＰａ，小部分是０．６、０．８、１．６和１．８ＭＰａ，现己通水运营＿。??中国引进美国先进的设备与技术，从开始铺设ＰＣＣＰ至今已有近３０年的历史。??１９８３年，北京市政工程研究所对ＰＣＣＰ进行了－系列试验与研宄，并于１９８６年在南京??水泥管厂制成管径０．６ｍ和１．２ｍ的ＰＣＣＰ
管体工作压力１．６ＭＰａ，但非管线最大压力段；爆管管体的钢筒未达到均一的圆弧??半径，进而导致钢筒外壁预先存在纵向裂缝。??爆管会引发严重的经济、社会和环境问题，如图１．３所示。随着时间的推移，一些??材料、生产、安装、运行等方面的问题伴随着恶劣的土壤与地质条件逐渐凸显，决定??ＰＣＣＰ承载能力的预应力钢丝断裂数目逐渐增多，当管道的损伤累积到一定程度时，管??体就会在高压下爆裂。爆管将扰乱管道正常运行并中断供水，其冲刷的深坑和碎片会??对临近区域造成严重的附加灾害。除此之外，位于火电厂、重要马路、商业区和学校??周围的ＰＣＣＰ管段一旦发生爆裂，其后果不仅仅影响对管线本身造成损伤，还将引发??严重的人员安全事故，造成巨大的社会影响。对于关乎国计民生的重点供水工程一旦??发生爆裂，除了带来严重的财产损失外，还会影响最高决策者对ＰＣＣＰ整个行业的信??心
【参考文献】：
期刊论文
[1]预应力钢筒混凝土管（PCCP）几种常用加固方法的对比研究[J]. 张海鹏,赵丽君,窦铁生,程冰清. 混凝土与水泥制品. 2019(01)
[2]PCCP内壁复式碳纤维加固技术及应力计算分析[J]. 孙志恒,董晓农,郝巨涛,马宇. 水利水电技术. 2018(07)
[3]CFRP修复PCCP的内水压试验[J]. 窦铁生,程冰清,胡赫,夏世法,赵丽君. 混凝土与水泥制品. 2017(12)
[4]PCCP砂浆保护层强度取值及开裂控制条件的研究和探讨[J]. 陈博智,冯新,范哲,赵琳,周晶. 混凝土与水泥制品. 2017(11)
[5]预应力钢筒混凝土管（PCCP）结构修复更新技术介绍[J]. 张海丰,董顺,周维,马保松. 给水排水. 2017(08)
[6]大型PCCP断丝效应的数值模型对比研究[J]. 钟胜,冯新,赵琳,周晶. 市政技术. 2017(03)
[7]PCCP断丝的电磁法检测技术研究及其应用[J]. 田华,彭正辉,徐进,朱今祥,吴燕民,管英祥,于符静. 混凝土与水泥制品. 2017(01)
[8]大口径PCCP管道断丝频谱响应现场试验研究（Ⅰ）[J]. 骆建军,姚宣德,张东生,刘江宁. 土木工程学报. 2016(09)
[9]预应力钢筒混凝土管插口内壁环裂机理分析[J]. 钟胜,冯新,赵琳,周晶. 市政技术. 2016(04)
[10]PCCP输水管线爆管隐患分析及预防措施[J]. 金鑫. 水利建设与管理. 2016(06)
硕士论文
[1]CFRP修复预应力钢筒混凝土管（PCCP）内压试验与数值分析[D]. 胡赫.中国水利水电科学研究院 2017
本文编号：3307677
【文章来源】：中国水利水电科学研究院北京市
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１预应力钢筒混凝土管（ＰＣＣＰ）的结构型式??
告显示自ＰＣＣＰ被研制幵发以来，其产量呈爆发式增长，到１９７１年（２９年后）达??到生产建设的顶峰（年产量为１０８６ｋｍ），随后产量逐渐降低，１９９３年到２００４年年产??量维持在１５０ｋｍ左右，至２００６年年产量己不到高峰时期的２％（见图１．２）。??１１００????１０００?－??９００?－??■?ＰＣＣＰ－Ｌ??８００?－??■?ＰＣＣＰ－Ｅ??７００?－??６００?－??｜?５００?－??４００?－??３００?－??２００?－??１００?？?Ｉ??０丨ＩＩ丨川丨丨川丨丨川丨丨川丨丨川丨丨川丨丨川丨丨川丨丨川丨丨川丨丨川丨丨川Ｉ．??“Ｌｎｍｕｉｃｒ＞ｃｎ＇＇ｊ＇＾ｉ＇ｖｉｏｏｏｏｕＤ?①?ｕｄｏＯ??ｏ＾〇ｊ＾ｏ〇Ｎｊ〇？ｏ＾ｏ〇ＮＪｃｒ＞〇￡ｋ〇〇ＮＪｃｒ＞??图１．２美国１９４２－２００６年ＰＣＣＰ－Ｌ与ＰＣＣＰ－Ｅ的总产量??ＰＣＣＰ除广泛应用于美国和加拿大，也在非洲北部地区得到广泛应用。被誉为世界??第八大奇迹的利比亚大人工河项目将撒哈拉大沙漠丰富的地下水通过管道输送到北部??地中海沿岸人口密集区，总调水量为２５亿ｍ３，输水干线全长为４５００ｋｍ。一期工程为??１９００ｋｍ，二期工程为１７００ｋｍ，管径大部分是４ｍ，小部分为２．８ｍ、２．０ｍ和１．６ｍ，内??压大部分是ｌ．〇－１．２ＭＰａ，小部分是０．６、０．８、１．６和１．８ＭＰａ，现己通水运营＿。??中国引进美国先进的设备与技术，从开始铺设ＰＣＣＰ至今已有近３０年的历史。??１９８３年，北京市政工程研究所对ＰＣＣＰ进行了－系列试验与研宄，并于１９８６年在南京??水泥管厂制成管径０．６ｍ和１．２ｍ的ＰＣＣＰ
管体工作压力１．６ＭＰａ，但非管线最大压力段；爆管管体的钢筒未达到均一的圆弧??半径，进而导致钢筒外壁预先存在纵向裂缝。??爆管会引发严重的经济、社会和环境问题，如图１．３所示。随着时间的推移，一些??材料、生产、安装、运行等方面的问题伴随着恶劣的土壤与地质条件逐渐凸显，决定??ＰＣＣＰ承载能力的预应力钢丝断裂数目逐渐增多，当管道的损伤累积到一定程度时，管??体就会在高压下爆裂。爆管将扰乱管道正常运行并中断供水，其冲刷的深坑和碎片会??对临近区域造成严重的附加灾害。除此之外，位于火电厂、重要马路、商业区和学校??周围的ＰＣＣＰ管段一旦发生爆裂，其后果不仅仅影响对管线本身造成损伤，还将引发??严重的人员安全事故，造成巨大的社会影响。对于关乎国计民生的重点供水工程一旦??发生爆裂，除了带来严重的财产损失外，还会影响最高决策者对ＰＣＣＰ整个行业的信??心
【参考文献】：
期刊论文
[1]预应力钢筒混凝土管（PCCP）几种常用加固方法的对比研究[J]. 张海鹏,赵丽君,窦铁生,程冰清. 混凝土与水泥制品. 2019(01)
[2]PCCP内壁复式碳纤维加固技术及应力计算分析[J]. 孙志恒,董晓农,郝巨涛,马宇. 水利水电技术. 2018(07)
[3]CFRP修复PCCP的内水压试验[J]. 窦铁生,程冰清,胡赫,夏世法,赵丽君. 混凝土与水泥制品. 2017(12)
[4]PCCP砂浆保护层强度取值及开裂控制条件的研究和探讨[J]. 陈博智,冯新,范哲,赵琳,周晶. 混凝土与水泥制品. 2017(11)
[5]预应力钢筒混凝土管（PCCP）结构修复更新技术介绍[J]. 张海丰,董顺,周维,马保松. 给水排水. 2017(08)
[6]大型PCCP断丝效应的数值模型对比研究[J]. 钟胜,冯新,赵琳,周晶. 市政技术. 2017(03)
[7]PCCP断丝的电磁法检测技术研究及其应用[J]. 田华,彭正辉,徐进,朱今祥,吴燕民,管英祥,于符静. 混凝土与水泥制品. 2017(01)
[8]大口径PCCP管道断丝频谱响应现场试验研究（Ⅰ）[J]. 骆建军,姚宣德,张东生,刘江宁. 土木工程学报. 2016(09)
[9]预应力钢筒混凝土管插口内壁环裂机理分析[J]. 钟胜,冯新,赵琳,周晶. 市政技术. 2016(04)
[10]PCCP输水管线爆管隐患分析及预防措施[J]. 金鑫. 水利建设与管理. 2016(06)
硕士论文
[1]CFRP修复预应力钢筒混凝土管（PCCP）内压试验与数值分析[D]. 胡赫.中国水利水电科学研究院 2017
本文编号：3307677
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