PCCP管芯用自密实混凝土配合比设计

在国家、社会提倡节能减耗、绿色经济的今天,以自密实混凝土制作PCCP管芯就具有重要的社会、经济意义,也为我国PCCP行业的发展开辟了新的机遇。本文介绍了自密实混凝土的优点和拟用于PCCP管芯生产的自密实混凝土的设计、试配、调整以及模拟试验情况。     

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。     

CFRP修复PCCP的内水压试验

为了验证CFRP的补强加固效果,采用2根内径2.6m的PCCP进行了内水压力试验,并通过集中断丝模拟了最不利断丝管的受力状况。结果表明,未粘贴碳纤维的断丝管,在设计内水压0.9MPa的状态下,断丝40根后管芯混凝土开裂。分部位粘贴1层、2层和3层环向碳纤维的加固管,在设计内压0.9MPa下,断丝70根后管芯混凝土开裂。CFRP在管芯混凝土出现微裂缝后参与应力重分布,一定程度上缓解了裂缝尖端的应力集中,延缓管芯混凝土开裂,同时,改善了非断丝区钢丝受力状态,延迟了钢丝和钢筒进入屈服状态。CFRP补强加固PCCP的效果明显。     

预应力钢筒混凝土管（PCCP）发展回顾与前景展望--PCCP已成为我国21世纪铺设高工压、大口径输水管道的首选管材

预应力钢筒混凝土管（Prestressed Concrete CylinderPipe,简称PCCP）是采用薄钢板与承插口接头钢环焊成筒体,然后用立式振动法在筒体内外浇灌混凝土制成管芯（对于小口径管可用卧式离心法在简体内成型管芯）,经养护后在管芯的外表面上缠绕环向预应力钢丝,使管壁混凝土建立环向预应力,     

管芯纵向裂缝对BCCP承载能力影响研究

为了研究管芯纵向裂缝对BCCP(钢筋缠绕钢筒混凝土压力管)承受内、外压能力的影响,选取合适的材料本构模型,利用ABAQUS软件建立了DN1 800 BCCP内、外压计算模型,在内压管的钢筒外管芯和外压管的管顶钢筒内管芯处分别设置了1 000 mm、2 000 mm、3 000 mm、4 000 mm的纵向裂缝,将计算结果与完好管进行了对比。结果表明,对于内压管,外管芯纵向裂缝仅对外管芯达到受拉极限所对应的内压值产生影响,且该值与纵向裂缝长度无关,均在2.95 MPa左右,比完好管小0.25 MPa;对于外压管,管顶内管芯纵向裂缝仅对裂缝所在位置处达到受拉极限所对应的外压值产生影响,同样与纵向裂缝长度无关,均在1 200 kN左右,比完好管小300 kN;无论是内压管还是外压管,保护层、钢筒和钢筋达到极限强度时所对应的荷载值都与管芯有无裂缝以及裂缝长度无关。     

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。     

预应力钢筒混凝土管（PCCP）

一、背景资料 预应力钢筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe,简称PCCP）是采用薄钢板与承插口接头钢环焊成筒体,然后用立式振动法在简体内外浇灌混凝土制成管芯（对于小口径管可用卧式离心法在简体内成型管芯）,经养护后在管芯的外表面上缠绕环向预应力钢丝,使管壁混凝土建立环向预应力,最后在缠绕管芯的外表面喷制砂浆保护层制成的一种新型复合管材,包括内衬式预应力钢筒混凝土管（PCCPL）和埋置式预应力钢筒混凝土管（PCCPE）。     

国电机械设计研究院 杭州和达机电工程有限责任公司

预应力钢筒混凝土管（简称PCCP）是目前世界上广泛使用的大口径、高工压的环保型优质复合管材。它由带钢筒的混凝土管芯、缠在管芯外的预应力钢丝和钢丝外的水泥砂浆保护层组成。它综合地发挥了钢材的抗拉性、密封性和混凝土的抗压性、耐腐蚀性。     

基于ABAQUS的在役PCCP管道承载水压有限元分析

结合南水北调中线工程,利用有限元软件ABAQUS建立了预应力钢筒混凝土管与地基基础相互作用的有限元计算模型,通过模拟管道在运行过程中不同的内水压力,分析管体在不同水压作下的应力变化,得出标准工作内压0.6 MPa下PCCP各部件应力均满足要求,且有较高的可靠性;内水压增加的过程中预应力钢丝中应力增长均匀,钢筒中应力增长先快后慢,混凝土中拉应力增长先慢后快;达到极限内压1.4 MPa时,混凝土管芯最大拉应力超过混凝土抗拉强度,出现裂缝,其他部件应力仍能满足要求。     

PCCP在南水北调工程中的施工与应用

PCCP是近年研发出的一种新型复合材料管材,全称为预应力钢筒混凝土管,自内而外由高强混凝土管芯、钢筒、高强度预应力钢丝和砂浆保护层等部分组成,目前已在国家大型水利工程和市政引水工程中广泛使用。论文结合南水北调工程施工中的实际情况,对PCCP管道施工技术进行了应用与总结。     

PCCP插口内壁混凝土抗裂措施的研究

根据PCCP(预应力钢筒混凝土管)插口端内壁混凝土环裂产生机理,从管道结构设计出发,提出了高工压、双层缠丝管道PCCP插口内壁混凝土的抗裂措施。该措施同时采用在插口异形钢环外侧预留变形缝、插口管芯内衬钢环以及插口内壁使用钢纤维混凝土等三种手段,通过提高插口抗弯能力、降低缠丝附加弯矩而实现插口内壁抗裂。建立了高工压、双层缠丝PCCP的三维非线性有限元模型,模拟了管道生产中的典型受力情况,分析了管道的应力和变形规律,并与无抗裂措施的管道进行了对比。结果表明,所提出的PCCP插口内壁混凝土的抗裂措施可以大大改善高工压、双层缠丝PCCP插口内壁混凝土的环裂问题。     

预应力钢筒混凝土管(PCCP)几种常用加固方法的对比研究

预应力钢筒混凝土管(PCCP)在设计制造、安装施工以及外部环境等因素综合作用下会出现砂浆保护层受损脱开、预应力钢丝断裂、混凝土管芯纵向开裂以及钢筒泄漏等问题。为使管道恢复至原有承载能力,延长其使用寿命,消除安全隐患,需采用适当的方式对PCCP管进行修复加固。本文总结了常用的PCCP补强加固方法,并从内容、步骤、适用范围、优缺点等多方面对各方法进行了对比,可为国内PCCP的补强加固提供参考。     

西江引水工程预应力钢筒混凝土管的质量控制

预应力钢筒混凝土管(PCCP)是由钢筒、预应力钢丝、混凝土管芯和水泥砂浆保护层等构成的复合管材,具有优越的性能。广州市西江引水工程输水干线主管材采用PCCP管,管径为3 600 mm,总管长为50.7 km。大口径PCCP管首次在南方地区应用,为确保PCCP管质量,管道设计采用美国供水协会标准,结合工程实际确定了主要设计参数,并从原材料、管材制作和成品管材检测等方面提出了PCCP管的质量控制措施。     

多基复合管在制备中的管芯混凝土收缩性能分析

对多基复合管成型过程中的管芯混凝土的固化收缩变形与弹性模量变化等开展了相关试验研究,由此建立了管芯混凝土收缩与变弹性模量预测模型。通过迭代算法,对多基复合管成型过程中管芯混凝土的收缩性能进行了研究与分析。结果表明:该分析模型与方法能合理地描述管芯混凝土收缩过程中对内筒体产生的附加外力随时间变化的关系,为多基复合管结构优化设计提供理论指导。     

预应力钢筒混凝土管插口内壁环裂机理分析

插口内壁环裂是预应力钢筒混凝土管(PCCP)普遍存在的问题,其产生机理复杂。国内外标准对PCCP混凝土裂缝规定不一,对管道裂缝的性质判定、处置方式及预防措施等问题一直困扰着工程建设者。笔者建立了预应力钢筒混凝土管的三维非线性有限元模型,对其生产制作过程中的预应力钢丝缠绕、管道吊运以及管芯混凝土干缩等典型受力工况进行了数值模拟。研究结果表明:在预应力钢丝缠绕后,环裂在插口端200 mm左右产生,并已贯穿至钢筒内壁;吊运过程将加剧裂缝宽度及塑性区的发展,且插口端外壁混凝土被拉伸破坏;后期混凝土的干缩中,环裂成为干缩的自由边界,环裂宽度将进一步扩展,塑性区宽度达到60 mm左右。PCCP插口内壁环裂机理的研究成果,可为制订环裂预防措施和进行管道结构安全评价提供科学依据。     

隧道内预应力钢筒混凝土管安装技术

以一隧道内预应力钢筒混凝土管PCCP安装施工为例,介绍了在隧道小空间内安装PCCP的施工技术。     

钢纤维高强混凝土在预应力钢筒混凝土管中的应用及性能分析

为了扩大预应力钢筒混凝土管（PCCP）管材的应用范围,使之更好地满足不同工况条件的使用需要,本文分析了将钢纤维高强混凝土应用于PCCP的过程及效果,并探讨对PCCP管材带来的影响。     

PCCPE管芯气孔产生原因分析及防治措施

埋置式预应力钢筒混凝土管(PCCPE)管芯生产过程中容易出现气孔,笔者凭借多年的实践经验对PCCPE管芯气孔从生产原材料、混凝土管芯生产过程等多个影响因素进行分析研究,并根据气孔产生的原因采取针对性措施,通过添加粉煤灰改善混凝土和易性,在聚羧酸减水剂中添加合适的消泡剂、选用适合的脱模剂、控制浇灌方式等一系列措施,有效控制了PCCPE管芯气孔的产生,提高产品质量。     

对GB/T19685—2005《预应力钢筒混凝土管》中PCCP抗裂内、外压检验荷载公式的几点认识

通过对国标GB/T 19685—2005《预应力钢筒混凝土管》中PCCP抗裂内、外压检验荷载公式的分析,修改了抗裂内压检验荷载公式中的个别参数,整理出了新的抗裂内、外压检验荷载公式,并举算例进行了对比计算,提出了对公式使用的几点认识。     

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。