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。     

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。     

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。     

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。     

远场涡流技术在PCCP断丝检测中的应用

利用远场涡流变压器耦合技术可探测预应力钢筒混凝土管中的钢丝断丝现象。介绍了钢丝断丝检测仪的基本原理,当预应力钢筒混凝土管出现钢丝断丝时会对两次穿透管壁的远场涡流信号产生幅度和相位上的畸变,利用这一现象就可以实现对预应力钢筒混凝土管钢丝断丝根数和断丝位置进行判断;通过试验对该方法进行了验证。     

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。     

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。     

大型PCCP断丝效应的数值模型对比研究

采用目前常用的3种断丝效应模拟模型,即整圈退出模型、局部退出模型和局部线性退出模型,研究了双层缠丝高工压、大口径预应力钢筒混凝土管(PCCP)在运行、环境荷载联合作用下的极限承载能力和失效模式。研究结果表明:在相同的断丝数量下,整圈退出模型所能承受的极限内压最低,局部退出模型次之,局部线性退出模型最大。整圈退出模型的失效模式为内层混凝土产生1对整圈的环向裂缝并贯穿至钢筒;在局部退出模型中,钢丝应力突变处最先出现混凝土剥落、裂缝、穿孔等破坏,最终的破坏范围约为断丝区的2倍,并且在断丝区域形成1个闭合破坏回路;在局部线性退出模型中,管顶、管底內芯混凝土拉伸破坏并迅速从断丝区域延伸至插口和承口。不同数值模型获得的极限内压和失效模式具有一定差异,未来还需要开展模型或原型观测对数值模拟的结果进行验证。     

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。     

信息窗

建设部发文建议推广应用冷拔低合金钢丝和冷轧带肋钢筋冷拔低碳钢丝预应力混凝土构件是我国当前用量最大的建筑构件,但这种钢丝的延伸率较低.在受到超载或冲击荷载时,梅件易发生脆断事故。冷拔低合金钢丝(中强钢丝)是八十年代中期开发的新品种钢材之一。这种钢丝是一种强度较高,性能稳定,伸长率较大的配筋材料,可以明显改善预应力混凝土构件的延性。与冷拔低碳钢丝相比,可节约预应力钢丝15%左右。冷轧带肋钢筋是另一种新品钢材.它以普通低碳盘条(或低合金盘条)经多道冷轧减径和一道压     

钢质锥形锚具锚固可靠性分析

在预应力混凝土工程中,采用高强钢丝束来代替Ⅱ～Ⅳ级粗钢筋作预应力筋,可节约钢材、简化施工工序和降低工程成本。但高强钢丝束易产生滑丝、断丝现象,这不仅影响预应力值的建立,且进行处理也较困难,将严重影响施工进度和安全。引起滑丝、断丝的原因,在很大程度上取决于锚具锚固的可靠性。因此,在施工中必须针对锚具的性能,采取有效的措施,尽量予以避免。由于钢质锥形锚具使用较广,常用于锚固12～24根φ~S5高强钢丝束。所以,本文仅就钢质锥     

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。     

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。     

800、1000、1200MPa级中强度预应力钢丝

在不改变现有施工设备、工艺的条件下,用800、1000、1200MPa级中强度预应力钢丝代替冷拔低碳钢丝及预应力混凝土水管、电杆中的高强钢丝,不仅施工更为方便,工艺更易控制、节省钢材、而且能提高构件质量和结构安全度。本文就800、1000、1200MPa级中强度预应力钢丝的钢种、化学成分、生产工艺、基本力学性能及应用性能的试验研究作了介绍,给出了设计使用参数,并结合工程应用分析了应用8001000、1200MPa级中强度预应力钢丝取得的社会与经济效益。     

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。     

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。     

我国冷轧螺纹钢筋的应用

目前,在我国建筑工程中,广泛采用强度为650～700MPa的冷拔低碳钢丝制作中小型预应力板类构件。但这种钢丝延伸率偏低,δ_(100)仅2～3％,平均延伸率也多在1％以下,不能满足延性要求,用以制成的构件在偶然超载或冲击荷载作用下,构件脆断事故曾有发生。又由于钢丝表面光滑与混凝土的粘结强度较低,因而在短板设计中钢丝强度没能充分发挥,或