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。     

大口径PCCP管道断丝频谱响应现场试验研究(Ⅰ)

针对南水北调等大型水利工程中大口径PCCP管道在输水过程中容易受到多种外界及内部因素发生断丝时,不能快速准确地确定断丝位置是进行PCCP管道抢修的难点,对大口径PCCP管道结构断丝进行现场试验。提出一套基于光纤光栅检测PCCP管道断丝时的频率检测技术,开发出适用于大口径PCCP管线断丝检测的检测仪器及设备,形成一整套PCCP管道断丝检测系统,并通过PCCP管道断丝（内径2m）现场原位试验验证这一检测系统的可行性、可靠性及实用性,能够实现大型PCCP管道断丝的实时监测。通过对2m大直径PCCP管道在断丝前后传感器频谱发生变化的现场原位试验,认为管线发生断丝前后,同一物体在不同部位撞击时,传感器的频谱响应都相同,不同物体敲击,频谱不完全相同,但都在830Hz附近有一个频谱响应;无论断丝与否及不同的敲击方式、不同的敲击部位,均形成三个频谱峰值响应范围,断丝前后第一个和第三个频谱范围基本相同,但第二个频谱峰值范围,断丝前在290～380Hz,断丝后的则在500～650Hz。上述结论可以对PCCP管道是否发生断丝进行定性和定量判断,为下一步南水北调大口径PCCP管线断丝的检修提供技术指导。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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破坏机理及其加固现状

PCCP在使用过程中会出现裂缝、断丝等劣化现象,甚至出现爆管。开展PCCP破坏机理及其加固技术的研究,对于指导工程实践、保障工程安全具有重要的学术价值和经济意义。通过对国内外文献分析与研究,依次阐述了PCCP破坏机理和加固的研究进展情况,并结合目前研究状况对进一步的研究重点和方向进行了探讨。     

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。     

PCCP管道修复加固技术探讨

针对国内尚缺少成熟的PCCP管道结构修复技术的现状,通过介绍国外PCCP管道加固修复技术,分析了6种PCCP管道修复加固方法的技术特点、优缺点、适用性,为国内PCCP管道修复提供参考。     

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

本文在研究的过程中结合了具体的实际工程,对PCCP管道的施工工序进行了简单的介绍。在论述的过程中分别从技术要求以及质量验收标准等多个层次对缠丝工作进行了较为详细的论述,并指出在进行工作的过程中应当注意的问题,并建立了一个PCCP寿命预测模型,希望能够在最大限度上提供PCCP的管道的运行安全。     

桥梁缆索断丝检测技术研究

为检测桥梁缆索内部断丝情况,介绍了钢丝磁检测原理,设计了一种由若干单节励磁器连接组成的模块化励磁传感器,实现了对不同直径缆索的周向均匀励磁和断丝检测。搭建了缆索无损检测实验平台,设计了缆索检测的总体方案,实验结果表明检测传感器能提取缆索断丝信号,监测缆索安全状况。     

PCCP使用安全性分析与质量控制措施探讨

为研究PCCP管材结构安全性问题,分析了PCCP结构材料性能、管道结构设计、制作工艺以及管道使用环境对PCCP结构安全性的影响。研究表明,在PCCP结构设计、管道制造和管线设计中,只要严格执行相关标准,PCCP的安全性是可控的。此外,结合实际生产经验,对提高PCCP生产质量提出了相应的控制措施。     

PCCP管施工回填土深层压实度检测方法研究

预应力钢筒混凝土管(简称PCCP)在国内外地下输水工程中得到广泛的应用,天津市南水北调配套工程亦使用了这种管材。回填土压实质量的好坏直接影响着工程质量,如何快速、准确地获得回填土深层压实度,对于保证工程质量十分重要。本文提出了轻型动力触探和无核密湿度仪相结合的回填土深层压实度检测方法,通过现场试验,获得轻型动力触探的锤击数与压实度并建立相关关系,并采用无核密湿度仪现场检测压实度以进行关系曲线的校准。通过实际工程应用,PCCP回填土深层压实度和轻型动力触探的锤击数具有良好的相关性,且该方法设备简单、操作容易、经济适用,并可随工程检验进行关系曲线的校验以提高精度,值得推广应用。