基于AHP法的大口径PCCP管道断丝安全风险管理

如何有效地对大口径PCCP管道断丝后管道结构的安全进行合理地评价,以便采取积极有效的维修措施,是减少南水北调大口径PCCP管道运营期间断丝安全风险的有效途径。提出利用层次分析方法(AHP)建立PCCP管道安全风险层次分析数学评价模型,对影响南水北调地下大口径PCCP管道断丝的各种可能因素进行专家打分,同时,通过数值模拟计算,建立PCCP管道安全失效的判断准则及判断标准,实现大口径PCCP管道安全风险评价的定量化。在此基础上,开发出一款专门针对南水北调中线PCCP管道工程安全运行风险实时监测的管理软件。该软件系统采用自动化实时监测技术和基于Web-GIS的风险管理系统。该系统能完成监测数据的实时采集、数据档案的电子化管理以及安全风险的动态评估与预警预报。     

断丝PCCP管道外贴CFRP修复足尺模型试验研究

断丝是目前预应力钢筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe,PCCP)最为常见的一种病害,如不及时加固,极易造成爆管等事故。针对长距离PCCP输水管道难以停水维修问题,提出了一种外贴碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)的维修方法。为了探究外贴CFRP修复断丝PCCP效果,采用一根内径2.8m的PCCP管道进行了内水压足尺试验。试验对修复前后PCCP结构应变响应进行了对比分析,结果表明:由于CFRP"箍束"作用,修复后断丝区中间截面材料应变减小,利于PCCP承压。     

准东供水工程PCCP预应力钢丝完整性检测及结构评估

PCCP管道投入运行后,有多种原因会造成预应力钢丝断裂。通过检测PCCP中预应力钢丝的完整性并对出现断丝后的管道进行结构计算,可以评估失效风险,为制定维修方案提供依据。采用电磁法断丝检测技术,对准东供水"500"东延工程10#闸至五彩湾段PCCP管线进行了抽样检测,发现部分管道出现疑似断丝。利用三维非线性有限元模型,计算生成能够反映断丝影响的有限元性能曲线,得出了在工作压力及水锤压力的共同作用下,管道达到微裂缝极限、可见裂缝极限、屈服极限和强度极限时所允许的断丝数量,根据断丝最严重管道的实际断丝数量与极限允许断丝数量的关系确定维修方案,为类似工程提供参考。     

PCCP断丝的电磁法检测技术研究及其应用

基于远场涡流检测的基本原理,给出了PCCP断丝检测的硬件检测系统,并通过搭建PCCP断丝检测平台,解决了PCCP断丝在检测中的灵敏度问题、断丝位置与检测信号相位之间的关系、断丝数目与检测信号幅度之间的关系等关键技术。为进一步进行PCCP断丝检测工程化应用,给出了PCCP断丝检测仪器标定曲线的标定标准。通过被测管道数据曲线与标定曲线的比较,可以定量判断管道内钢丝断丝的数量。     

某供水工程倒虹吸PCCP状态评估、风险评价及运行管理

某供水工程三个泉倒虹吸全长10.93km,所采用的PCCP管径大,内水压力高,综合难度指数(管径与压力的乘积)高。该工程存在多个影响PCCP安全运行的因素。2010年首次采用电磁法检测了全部2400节管道的钢丝完整性,2年半后再次进行了检测。前后两次检测对比表明,管道断丝数量基本未增加,管道当前的劣化速度较低。尽管运行环境较恶劣,但PCCP断丝数量处于较低水平,目前总体处于良好状态。风险分析表明,目前PCCP处于中等风险。     

基于多场耦合的PCCP管道力学性能研究

为了探究预应力钢筒混凝土管(PCCP)在多场耦合下的力学性能,通过ABAQUS建立了管土相互作用三维模型,利用已有试验数据对PCCP结构模型进行了评估。之后,通过FLUENT建立了流场模型,并基于MpCCI实现了埋地PCCP管线的多场耦合计算。通过耦合计算,对PCCP管道力学性能进行了分析,研究了管体各层结构应力应变沿管道环向分布规律。最后,探究了断丝率对管道服役性能的影响。研究发现,砂浆、混凝土外芯和钢丝的应力应变最大位置发生在管侧位置,而混凝土内芯和钢筒在管侧位置的应力应变则小于管顶和管底位置;断丝率小于15%时,管道仍能承受工作内压0.8 MPa。     

大口径PCCP城市“综合管廊”的应用前景和工程实例介绍

国内现有城市道路地下管线布置模式给城市交通、城市环境、城市景观和土地利用造成不同程度的影响,城市道路地下管线"综合管廊"的出现,以其独特的优势成为众多城市地下管线建设的选择之一。本文对大口径PCCP用作城市地下管线"综合管廊"应用前景进行了分析,并对天津某工程成功采用DN3000大口径PCCP作为城市"综合管廊"管线材料工程实例进行了介绍。工程应用实例表明,大口径PCCP为城市"综合管廊"工程提供了一种性能优异的管线材料,不仅能有效降低工程造价、而且能缩短施工周期,应用前景广阔。     

双区域断丝PCCP极限内水压力及破坏模式研究

为研究腐蚀断裂对预应力钢筒混凝土管（PCCP）失效的影响,建立了PCCP双区域断丝三维非线性管-土相互作用有限元模型,得到了不同间距轴向双区域断丝情况下管道的损伤演化、失效模式和极限承载能力。结果表明,断丝区域间距越大,相互影响越小,当间距大于150 cm后,两个区域之间基本没有相互作用,其极限内水压力与单区域断丝的结果差别显著。研究结果可为PCCP实际工程中的双区域断丝损伤评价及承载能力分析提供参考。     

大口径PCCP断丝加固技术工程应用和效果评价

针对埋地预应力钢筒混凝土管（PCCP）的断丝现象，介绍了常用的三种加固方案，即在断丝管节内壁粘贴碳纤维片材、对断丝管节进行体外预应力加固以及更换断丝管节进行修补加固。为了验证这些加固技术的应用效果，对断丝管节加固前后的断丝数据及冬、夏季典型时段断丝数据进行了分析，并对加固方案效果进行了评价。结果表明：碳纤维加固不能显著减少断丝的持续发生；体外预应力加固效果明显，可基本解决断丝的发生，是相对可靠的断丝管节加固技术；更换断丝管节需耗费大量的人、财、物，适用于管线应急修复。     

PCCP管道生产中的缠丝工序分析

以南水北调中线工程为例,对PCCP管道的施工工序进行了介绍,从技术要求、质量验收标准等方面对缠丝工序进行了较详细的分析,并提出了缠丝中应注意的问题,从而建立PCCP寿命的预测模型,以保证PCCP安全运行。     

PCCP失效解析—美国结构设计标准一个细节有错

PCCP主要失效模式是钢丝腐蚀管爆裂,砂浆防护层裂缝是钢丝腐蚀主要原因;防护层裂缝不可避免,产品结构设计中存在先天隐蔽性缺陷;高内压的大口径PCCP管线"膨胀量"大,特别危险。信息高度不对称,造成不公平的竞争环境和结果。美国主流的管道设计已经不再考虑PCCP。失效信息在中国慢慢传开,输水管线市场将出现大变局。     

南水北调地下埋管PCCP动力特性分析

以南水北调中线工程中河南省南阳市段的地下埋管PCCP为研究对象,使用有限元方法,对地下埋管的动力特性与动力响应进行了分析研究。考虑了不同地震特性的影响:如地震波入射角位移峰值和加速峰值等。结果表明,管道的动应力随着地震波入射角的增大而减小,入射角为零时,应力最大;管的最大轴向应力和最大弯曲应力的数值随着位移数值的增大而增大,呈线性变化规律,并且轴向应力变化幅度比弯曲值大;地震波加速度峰值的变化对结构动应力影响不大。     

基于分布式光纤传感器的PCCP结构状态监测研究

为了监测PCCP全寿命周期的结构状态,提出一种基于分布式光纤传感器的PCCP结构状态监测方法,并将其应用于某大型供水工程,对方法的有效性进行现场检验。基于PCCP服役状态的受力分析,提出了PCCP分布式应变监测方案,利用布设于某供水工程的分布式光纤传感器,获得了PCCP在打压试验工况下的分布式应变监测数据。分布式应变监测数据与数值模拟结果的对比分析表明,分布式光纤传感器能适应实际工程现场的复杂环境,能较准确地反映出PCCP的应变响应,可实现PCCP结构状态的分布式监测及安全预警,为PCCP全寿命周期服役安全提供技术支撑。     

预应力钢管在市政工程中的应用

预应力钢筒混凝土管(PCCP)有很好的抗渗性、水密性、耐腐蚀性,承压能力高、覆土深度大,且比非金属管道造价低、管径范围大、刚性好,能承受很高的内外荷载,最适合作大口径压力管。经在市政污水主干管工程中的实际应用,介绍了使用中的注意点:防腐蚀,管材的进场质检,基坑开挖、管道基础和安装,管道的闭水试验。     

PCCP断丝数量对内压承载力的影响

采用降温法模拟PCCP中预应力钢丝产生的预应力,通过调整降温值来控制钢丝中预应力的大小,在没有断丝的部位预应力值为一常量。针对0.6MPa和0.8MPa的工作内压,直径2.6m、3.2m和4m的PCCP分别设定不同的断丝率,通过三维有限元计算,研究了PCCP断丝数量对内压承载力的影响。     

LNG接收站高压管线预冷难点解析

管道预冷是LNG接收站新增设施投产调试中的重要环节。在大口径管道预冷中可能出现因管道应力过大而发生管道弯折损毁的情况。以上海LNG接收站储罐扩建工程气化设施投产试车为例,介绍高压LNG管线的预冷工艺,并从管道预冷对接收站原有设施生产运行造成的冲击和管道预冷过程中试车现场存在问题的角度出发,对高压LNG管线预冷过程中存在问题进行分析,并提出相应解决方案。     

地基不均匀沉降下大型PCCP力学响应机理分析

不良的地基条件会大大加速预应力钢筒混凝土管(PCCP)的结构退化进程,缩短管道服役寿命。为研究地基不均匀沉降下大型PCCP的响应特征及破坏模式,笔者基于ABAQUS软件建立了三维非线性有限元分析模型,考虑了管土及管节接头间的相互作用。通过模拟不同的地基不均匀沉降量,研究了内外荷载联合作用下PCCP的力学响应机理,分析和总结了PCCP的转角响应特点、管芯的应变分布与发展规律以及承插口结构的破坏模式。研究表明,地基不均匀沉降对管道承插口结构受力特征影响显著,对管身影响很小;沿管线40 m范围内当地基沉降差达到35 cm时,管节间最大相对转角超过了设计规程限值(0.5°);相对转角过大导致承插口结构受到显著的弯曲或挤压作用,产生微裂缝区域,外界腐蚀性物质侵入管壁内部,加速了PCCP结构性能的退化。     

PCCP断丝电磁检测有限元仿真研究

预应力钢筒混凝土管被广泛应用于水利工程,运行过程中的环境腐蚀或管压操作不当,会导致管内高强钢丝的腐蚀或断裂,进而导致泄漏等事故。目前,普遍采用正交电磁检测技术对PCCP的断丝状态进行评估,本文应用有限元数值计算方法建立了PCCP检测系统全尺寸仿真模型,给出了断丝发生后电磁检测信号的畸变特征,并分析了断丝数量、检测频率等因素对畸变特征的影响,验证了电磁检测法的有效性,以期对PCCP实际工程应用提供参考。     

大口径给水管线工程的设计体会

通过对管线设计中确定管位、确定管材、穿越障碍、管道基础、管道抗震的论述,结合工程实例提出了大口径管线工程的设计体会,以期进一步推广大口径输水管道在给水管线工程中的应用。     

缠丝张拉应力对PCCP受力性能的影响研究

采用有限元软件ANSYS对PCCP预应力施加过程进行了有限元模拟,分析了缠丝完成后钢丝及混凝土管芯中预应力的大小和分布,并通过对不同初始张拉应力缠丝的PCCP管进行内水压加载模拟试验,研究了钢丝张拉应力波动对管道结构受力性能的影响,以供参考。