PCCP管内环向预应力加固验证试验研究

为快速有效修复难以开挖区域破损的预应力钢筒混凝土管（PCCP）,减少甚至避免PCCP爆裂事故的发生,研究提出PCCP管内环向预应力加固技术。该技术对管内碳纤维板材施加环向预应力,再利用高性能结构胶粘贴至PCCP管道内壁,达到加固目的。通过设计混凝土内环、外环相结合的试验,验证该加固方法的可行性,并调整优化施工工艺。试验结果表明,碳纤维板经预张拉后成功粘贴至外环混凝土,混凝土表层经过凿毛、基底处理后形成的混凝土-结构胶-预应力碳纤维板体系是可靠的,可提供不低于0.8 MPa的黏结力。基础试验方案（即内环、外环设计）及加固方案可行,依此提出PCCP加固二期试验方案,即首尾搭接的碳纤维板管内环向预应力加固试验。     

预应力CFRP加固断丝PCCP的试验与仿真研究

针对预应力钢筒混凝土管(PCCP)断丝问题,提出一种创新的加固技术,即外部缠绕预应力碳纤维布(CFRP)加固。利用一根长6 m、内径1.4 m的PCCP管道,选取不同截面进行对比试验,对所提加固方法效果进行了验证。之后,基于有限元方法(FEM),建立了预应力CFRP加固断丝PCCP三维模型,并将仿真结果与试验进行了对比评估,分析了CFRP预应力水平和层数对管道受力性能的影响。研究结果表明,经预应力CFRP加固后的管道承载能力明显提高;断丝与加固对管道的影响范围有限,约为其宽度的3倍;断丝15%的管道经2层、4层和6层预应力为10%的CFRP加固后,承载能力可分别提高65.6%、103.1%和162.5%。     

PCCP管内环向预应力碳纤维板加固数值分析

为充分发挥碳纤维板（CFRP）的抗拉性能,提升断丝预应力钢筒混凝土管(PCCP)的承载能力,提出了管内环向预应力碳纤维板加固方法。研究分析CFRP和混凝土的环向应力,得出拉梅公式的力学模型计算结果与有限元计算结果基本相符,两者结果最大仅相差9.3%。PCCP钢丝断丝率相同情况下,对不同断丝分布进行了计算研究,断丝率相同情况下断丝在同一位置时最不利。断丝发生时,在断丝处从管内到管外的混凝土损伤由小变大。重点对断丝率为10%时预应力CFRP加固前后性能进行了比较。结果表明:正常工作水压下,断丝处PCCP混凝土、钢筒的应力应变显著减小,说明CFRP起到了很好的加固效果;断丝率越高,在混凝土内壁没有损坏前,CFRP的作用越大。管内环向预应力碳纤维板加固方法还具有施工周期短、环境影响小、非开挖、易操作的特点,对实际PCCP应急修复具有很好的参考价值。     

PCCP复式碳纤维加固1∶1模型试验研究

针对PCCP的预应力钢丝断裂数目增多给PCCP运行带来的安全隐患问题,提出了PCCP复式碳纤维加固技术。在原型PCCP内壁进行了现场测试,证实了PCCP复式碳纤维加固技术的可行性。试验采用电阻应变片和光纤两种测量手段,监测了1∶1模型在内水压力作用下断丝对PCCP内壁混凝土及碳纤维的影响。试验结果表明:与传统碳纤维加固方案相比,对4 m管径的PCCP采用内壁复式碳纤维加固方案可提高碳纤维的拉应力水平约4～5倍。     

高压缩弹性垫层对复式碳纤维加固PCCP的应变影响分析

在PCCP内部粘贴复式碳纤维是一种新型的PCCP补强加固技术。为了研究不同管径及高压缩弹性垫层厚度对复式碳纤维加固PCCP的效果,本文通过建立6种管径和4种厚度垫层的复式碳纤维加固PCCP有限元模型,得到在不同内水压力和预应力钢丝断丝等工况下,垫层对复式碳纤维加固PCCP的应变影响。计算结果表明,采用5 mm厚度垫层的复式碳纤维加固PCCP,碳纤维环向应变增加了8～16倍;在0.6 MPa正常内水压力作用下,混凝土内壁环向应变的改善比例在11.5%～38.7%之间。管径越小,复式碳纤维加固效果越显著。对2.6 m管径PCCP进行复式碳纤维加固计算表明,随着垫层厚度的增加,碳纤维环向应变大幅提高,混凝土环向应变也得到显著改善。本文的研究成果为复式碳纤维加固PCCP的设计提供了参考依据。     

CFRP修复PCCP断丝管的试验研究

为了验证CFRP修复PCCP断丝管的效果,采用两根内径2.6m的PCCP,管A为原管,管B为在管芯混凝土内表面粘贴CFRP的加固管,在不同内压作用下进行断丝,研究最不利情况下PCCP断丝破坏特征。管A在内水压力0.9MPa,断丝40根时,断丝区管芯混凝土应变突增,出现宏观裂缝,发生脆性破坏;管B在同样内水压力断丝70根时,断丝区管芯混凝土微裂缝持续扩展,继续加压至0.95 MPa时,管芯混凝土出现宏观裂缝,而非断丝区管芯混凝土受断丝影响不大。试验结果表明粘贴在管芯混凝土内壁上的CFRP与PCCP结构联合承载,在管芯混凝土出现微裂缝后参与应力重分布,限制了管芯混凝土裂缝的开展,调整了管体结构的受力状态,CFRP补强加固PCCP断丝管的效果明显。     

预应力钢筒混凝土管体外预应力加固试验研究

预应力钢筒混凝土管(PCCP)断丝后,管芯混凝土在荷载作用下会发生开裂,影响PCCP的承载能力。目前针对PCCP断丝管的加固有多种方法。其中利用钢绞线施加体外预应力加固PCCP断丝管的方法能够主动补偿由于断丝导致的预应力损失,同时做到整个管线减压不停水。本文通过PCCP加载-断丝-管体管芯混凝土开裂-减压-施加体外预应力-加载到设计荷载的全过程原型试验,研究了PCCP体外预应力加固效果。并针对试验过程中各阶段PCCP管体的力学特性和变形特点进行分析。试验结果表明,通过钢绞线对PCCP断丝管施加体外预应力进行加固,管体裂缝闭合,承载能力恢复至设计内压0.9 MPa,钢绞线仍处于弹性阶段,管体水密性良好,加固效果明显。     

PCCP管道预应力加固技术研究

为解决PCCP管断丝管节加固难题,研究并发明了一种基于预应力钢绞线与锚具的管道预应力加固技术。首先采用数值模拟仿真方法分析管外加固有效性和合理性,再根据相关规范和理论提出加固体系的计算方法和布置方式,最终由现场原型管加固试验验证加固体系的加固效果。介绍了该项预应力加固技术的结构组成、实施原理、技术特征及其使用方法;该装置及其使用方法提出了管道加固的新工艺,可适用于PCCP断丝管节加固。     

长距离输水工程采用大口径 PCCP 管的安全防护对策

针对输水管道工程中 PCCP 管材爆管事故引发对 PCCP 管耐久性的担忧,对相关管道爆管案例进行了归纳研究,结果表明爆管的主因是预应力钢丝断丝。微观分析可知钢丝断丝是由于快拉拔引起晶格缺陷、阴极保护过负、氢脆等因素导致; 宏观分析其原因是由于砂浆保护层开裂、有效外防护缺失导致钢丝腐蚀破坏。通过对比研究国内外有关规范差异、管材设计考虑的内外服役环境、管芯混凝土和砂浆制造工艺,以及已建工程不同外防护效果等方面,提出了 PCCP 管道安全防护对策如下: ( 1) 标准规范需细化和设计优化; ( 2) 提高管芯质量和改进砂浆工艺; ( 3) 做好有效外防护,如三油两布和适宜厚度的环氧煤沥青涂层措施; ( 4) 慎重选择阴极保护等措施,由此可提高 PCCP 管道的承载力和耐久性。与此同时,还需做好运行监测和检测,并及时进行管道修补及换管工作,从而降低爆管风险。     

PCCP内壁复式碳纤维加固技术及应力计算分析

现有碳纤维加固预应力钢筒混凝土管(PCCP)技术不能有效发挥碳纤维的作用,也无法有效地抑制PCCP的变形和裂缝的扩展。为此,提出了PCCP内壁复式碳纤维加固技术,即在碳纤维与PCCP之间增设高压缩弹性垫层,研制出具有压缩量大、本体强度高、抗渗、与混凝土粘接强度大等特点的高压缩弹性垫层材料。根据弹性力学推导出内壁复式碳纤维加固PCCP的弹性解,并分别计算了在不同内水压力作用下对三种直径PCCP的应力分布情况。结果表明,当弹性垫层厚度为5 mm时,碳纤维的应力增加4.2~4.6倍,即增设弹性垫层后碳纤维加固PCCP的作用显著增加,作用于PCCP的内压明显减少;对于同一管径的PCCP,在固定内水压力下,随着高压缩弹性垫层厚度的增加,碳纤维的应力近似呈线性提高,碳纤维承担内水压力的比例也近似呈线性提高。     

预应力钢丝断丝对PCCP性能的影响

为考察预应力钢丝断丝后PCCP性能,基于ANSYS建立PCCP有限元模型,并对有限元模型从制造、施工到断丝运行的全过程进行分析。结果表明:有限元分析结果和美国标准C304相差不大;施工过程中,对混凝土管芯而言,最易发生裂缝的区域有内层管芯内侧管顶及包角部位和外层管芯外侧管腰部位,对钢筒而言,在管芯混凝土开裂前其应力变化不大;当断丝率≤10%时,其开裂内水压力及破坏内水压力变化不大,当断丝率10%时,在预应力等荷载综合作用下管道结构已无法继续承载。     

浅谈婺源清华水电站引水隧洞加固及压力管道工程施工

婺源清华水电站建筑物年久失修,渗漏气蚀严重,机电设备老化,故障频频,安全堪忧,效益低下,急需进行加固处理。通过分析现场施工条件,对电站引水隧洞加固及压力管道工程施工进行探讨。经分析,引水隧洞加固工程采用聚合物砂浆修补抹面、粘贴高强碳纤维布方式进行加固;压力管道施工按照土石方开挖、老压力管砼拆除、新压力钢管安装、钢筋制安、模板制安、C20砼浇筑、砼养护、压力钢管内壁防腐涂装的顺序施工。多项新材料、新技术、新工艺的应用为工程质量提供保障。     

CFRP加固预应力空心板承载力计算方法研究

对粘贴碳纤维布加固预应力空心板进行理论分析的基础上,提出了碳纤维粘贴量计算公式、碳纤维布加固预应力空心板极限弯矩计算公式,并进行了试验验证.结果表明:各试件极限弯矩计算值小于实测值;计算方法是偏于安全的,可用于实际工程的承载力计算.     

大型PCCP事故管道更换工艺性试验研究

为解决南水北调北京段PCCP断丝管发生水毁、爆管等事故,通过绳锯切管、内拉法拆管、滑动接头替换管安装等施工工艺的研究,将大型PCCP事故管快速替换为钢制管件,达到有效、快速地对事故管道进行更换,将事故影响降到最小,保证管道恢复运营的实际效果,为及时、有效地更换事故管道提供了技术支撑,也可为类似工程提供借鉴和参考的依据。     

不同断丝比例对PCCP内外压承载能力影响研究

为探究断丝后预应力钢筒混凝土管(PCCP)的内、外压承载能力，基于宁夏一输调水工程在役超大口径PCCP,建立了内、外压计算模型，分析管身中部不同比例断丝对砂浆保护层、混凝土管芯、钢筒和预应力钢丝等各部位失效的影响。研究结果表明：在内压作用下，断丝PCCP的砂浆保护层、管芯和钢筒均在断丝区域出现应力集中，且随着断丝比例的增加，管芯、钢筒和预应力钢丝进入塑性时的内压值逐渐减小；当断丝比例超过10%时，砂浆保护层进入塑性时的内压值趋于稳定；断丝比例超过35%时，混凝土管芯进入塑性时的内压值趋于稳定。在外压作用下，完好管和断丝管的砂浆保护层进入塑性时的外压值基本一致，断丝管混凝土管芯进入塑性时的外压值随断丝比例变化较小，但明显比完好管低。当断丝比例小于20%时，钢筒进入塑性时的外压值随断丝比例的增加基本呈直线下降，超过20%后，外压值基本恒定。对于预应力钢丝，当断丝比例小于40%时，其进入塑性时的外压值随断丝比例的增加基本呈线性变化，超过40%后，外压值基本恒定，且与钢筒进入塑性时的外压值一致。研究成果可为PCCP出现断丝后的安全评估和除险加固提供依据。     

预应力钢筒混凝土管内壁复式碳纤维加固试验与计算分析

碳纤维加固预应力钢筒混凝土管（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相差近百倍,传统碳纤维加固PCCP技术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PCCP技术,即在碳纤维与PCCP之间增设自主研发的高压缩弹性垫层,利用垫层的压缩性为碳纤维变形提供空间,显著提升碳纤维的环向应变水平。为了验证复式碳纤维的加固效果,采用直径为0.75 m的钢筒进行模型试验,试验结果表明,当内水压力为1.0 MPa时,复式碳纤维加固技术较传统碳纤维加固技术中碳纤维环向微应变提升20倍以上,被加固结构的微应变降低40%以上。基于拉梅公式的力学模型计算结果与试验结果基本一致,随着垫层厚度或碳纤维层数的增加,钢筒的环向微应变降低,但降低的速度逐渐减小。该技术利用了碳纤维高强和高模量的特性,实现了碳纤维与PCCP共同承受内水压力的效果。     

断丝预应力钢筒混凝土管评估方法研究

随着预应力钢筒混凝土管(PCCP)在国内市政、核电、水电工程中的广泛应用,有些管道已逐渐出现断丝、裂缝等一系列问题。选用恰当的方法评估PCCP管的破坏风险,确定管道的临界状态,对破坏风险比较大的管道及时采取修复措施,保证PCCP管道工程安全有效的长期运行,其重要性日益凸显。     

预应力碳纤维布加固无腹筋混凝土梁试验研究

为改善被加固混凝土梁的抗剪性能,提出在梁底粘贴预应力碳纤维布和在梁端部两侧粘贴碳纤维布复合加固技术.本文设计了五根无腹筋混凝土梁,进行静力加载试验,试验分析预应力碳纤布加固后的斜截面受力性能,研究不同加固方式对混凝土梁的抗剪承载力影响,提出了具有一定工程实用价值的技术结论与建议.     

PCCP管道技术应用进展及国际化接轨若干问题探讨

结合PCCP管道国内外应用实践,全面、系统地研究分析了PCCP管道应用进展及现状,比较了CECS140(中国标准:给水排水工程埋地管芯缠丝预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管管道结构设计规程)、ANSI/AWWA(美国国家标准:预应力钢筒混凝土压力管)规范在设计标准、产品质量标准、安装标准、质量评定标准等方面差异性。分析了PCCP管道在设计、施工、运行及研究成果等方面存在的问题,并提出了有关研究建议。通过比较PCCP管道中、美设计标准理念的差异性,提出了国内行业制定PCCP管道设计标准与国际标准衔接的若干建议,以期促进PCCP管道技术提升、提高中国承包商在国际工程市场中的竞争力。     

北京韩建河山管业股份有限公司

<正>公司简介北京韩建河山管业股份有限公司于2004年7月成立,注册资本11,000万元,公司主营业务为生产制造预应力钢筒混凝土管(PCCP)、压力钢管及压力钢岔管、排水管、商品混凝土。公司主营产品为规格DN400~DN4000的PCCP;各种强度等级的混凝土和特种混凝土:DN300~DN3000的全系列混凝土排水管(RCP)。2004年,公司在国内首次研制生产出双层缠丝的DN4000预应力钢筒混凝土管(PCCP),获得了国家重点新产品证书,并于2004年9月率先取得了DN4000 PCCP《全国工业产品生产许可证》。