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。     

超大口径PCCP内断丝对其承载能力影响研究

以南水北调中线工程为背景,进行PCCP断丝原型试验,基于试验结果,利用杆单元模拟钢丝,采用等效降温法施加钢丝预应力,建立PCCP承载数值计算分析模型,基于非线性有限元理论,选取混凝土塑性损伤模型,对超大口径PCCP断丝问题进行承载能力和受力状态分析.计算结果表明:PCCP管芯混凝土损伤开裂位置为断丝对应区域,断丝数增加加剧了管芯混凝土的开裂破坏;断丝数增加急剧降低了PCCP的承载性能;当断丝数达到一定根数时,管芯混凝土更易开裂,在有内水压力作用时,将加剧钢筒和钢丝层的腐蚀,影响PCCP长久运行.     

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6m、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...     

基于涡流原理PCCP断丝的无损检测方法研究

基于涡流原理,提出一种PCCP(预应力钢筒混凝土管)断丝的无损检测方法;即:将PCCP视为放大后的类似金属管道,预应力钢丝作为主体结构,检测时利用内含线圈的探头在管内形成涡流,涡流产生磁场反作用于探头磁场,引起探头内磁通量的变化。通过采集探头阻抗波动即可获取磁通量变化,分析阻抗波动过程就能够推测出PCCP预应力钢丝的损伤情况。通过电磁感应和等效电路建立关联方程,推导阻抗波动公式,并在阐述试验方法的基础之上,初步论证了该方法的可行性。     

PCCP有限元断丝分析中的参数选取及控制断丝率

对比分析中美混规及PCCP相关规范,探讨基于Abaqus混凝土塑性损伤模型进行PCCP断丝模拟中容易产生争议的参数取值。分别以承载力极限状况及正常使用极限状态,采用不同的参数取值对PCCP进行断丝分析,得出应以正常使用极限状态计算结果作为PCCP控制断丝率的结论。     

浅谈廊涿干渠PCCP断丝管道内贴碳纤维布加固处理技术

廊涿干渠供水运行中,通过对DN2400、DN2200管径的PCCP管道进行分段无损断丝检测结果分析,部分管道预应力钢丝已经断裂,承受输水压力大大降低,存在爆管风险,需要对管道进行加固处理,即管内壁粘贴碳纤维布加固。管内壁粘贴碳纤维布加固,可应对PCCP管早期断丝、预应力不足等问题,提高PCCP管道承载内水压力能力,预防管道裂缝扩展及爆管事故发生。     

北京市南水北调配套工程PCCP管道断丝、漏水实时监测集成系统

在深入研究PCCP管道断丝、漏水机理和国内外最新研究及应用成果的基础上,介绍了自主研发的、基于光纤光栅传感技术的PCCP管道断丝和漏水实时监测集成系统,并对该系统监测断丝和漏水的基本原理、系统构成、监测技术、监测精度及相关设备、系统安装与调试等方面的内容进行了重点介绍。该系统已应用于南水北调通州支线工程,可为类似工程的建设和相关研究提供借鉴。     

基于数据驱动的PCCP管道断丝状态评估与预测方法研究

预应力钢筒混凝土管PCCP已经在长距离输水、城市供水等工程中得到广泛应用,针对PCCP管道存在断丝、渗漏、爆裂等潜在风险,从数据驱动和智能计算角度对PCCP管道断丝状态的评估和预测机制进行研究。首先基于系统顶层设计提出PCCP管道断丝状态评估与预测的技术框架,然后基于PCCP断丝影响因素、数据特点、大数据模型方法等分析了PCCP断丝状态评估与预测方法,最后从软件工程角度对PCCP管道断丝评估与预测管理系统进行规划。从方法机制层面分析PCCP管道断丝智能管理方法,可为相关技术研究与工程应用提供技术思路。     

基于有限元模拟的分布式光纤监测PCCP断丝可行性研究

作为预应力钢筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe, PCCP)常见的一种结构破坏形式,断丝的发生会对管体结构的承载能力产生很大的影响。通过某调水工程为原型建立了埋地PCCP的“石-土-管”有限元模型;通过改变断丝数量及断丝位置,分析了不同断丝工况下管体表面应变的变化规律;以有限元计算结果为光纤测值,结合现有分布式应变光纤传感技术的测量精度和空间分辨率,分析了采用分布式光纤应变传感技术监测PCCP断丝的可行性。结果表明：当PCCP发生常见断丝情况时,断丝区表面产生的应变较未发生断丝区域有明显变化,且当断丝数量达到3根及以上时,PCCP表面产生的应变变化均大于2με,且随断丝数量的增加,应变也逐渐增大,即利用目前已有的长距离分布式光纤监测技术对其进行监测在理论上是可行的,可为实际工程中PCCP断丝的分布式光纤监测设计提供指导。     

基于原型试验的输水工程PCCP断丝信号智能识别与分析方法

在引调水工程中,钢丝断裂易导致预应力钢筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe,PCCP)出现结构破坏和功能失效。本研究通过智能学习模型分析原型试验信号特征并判别断丝类型。采用内径3.4 m,长度5 m埋置式PCCP开展断丝原型试验,利用分布式光纤传感器分别对切割断丝、腐蚀断丝和敲击噪声信号进行实时监测,并基于短时傅里叶变换和深度学习模型重构断丝信号,最终利用支持向量机建立了断丝信号识别模型。以Inception-ResNet-v2重构信号的断丝识别模型最低和最高准确率分别为92.9%和100%,之后利用t-SNE证明了信号重构的有效性。本研究结合不同智能学习方法实现了PCCP断丝类型的有效判别,为其长期运行断丝监测及预警分析提供了新的手段。     

PCCP管道断丝监测技术在南水北调中线京石段应急供水工程(北京段)的应用

近年来,随着中国经济的快速发展,在水利工程建设领域也不断涌现出新工艺、新技术。南水北调中线京石段应急供水工程(北京段)惠南庄泵站至大宁调压池采用双排直径4 m的PCCP管道,其管道断丝安全预警监测系统是通过识别管道断丝时发出声音定位断丝位置,对南水北调工程PCCP管道安全运行准确判断,该项技术已经日趋成熟。通过总结PCCP管道断丝安全预警监测系统土建施工过程、带压开孔、监控系统安装及调试等重要环节的工作内容和经验,为今后类似工程提供管道断丝监测技术。     

超大口径PCCP管内水压承载能力试验

采用原型现场试验的方法,分析PCCP的管内水压试验方法、破坏特征和承载机理。详细叙述了试验前试件成型与测量方案,阐述了内水压承载试验的具体过程及试验破坏特征。基于试验结果分析了PCCP的承载机理:PCCP较普通混凝土管承载力的提高是由于预应力钢丝的作用,极限内水压时,表现为钢丝的屈服和混凝土的最终拉裂破坏,发挥了组合结构中各材料的性能。试验研究为超大口径PCCP管道的生产、施工积累了经验,为制订超大口径PCCP管道标准及其质量验收标准提供依据。     

预应力钢筒混凝土管结构变形规律的原型试验研究Ⅰ:内压

为研究预应力钢筒混凝土管在极限内水压作用下的承载能力和破坏机理,对内径2.6 m埋置式预应力钢筒混凝土管原型管进行了内水压试验,试验在国内外首次采用BOTDA和FBG光纤传感技术,并将光纤在PCCP制造过程中植入钢筒表面,在加载过程中连续测试PCCP各层结构的应变响应。通过深入分析测试数据发现,试验管内压在0~1.8 MPa时管道受力均匀,各层结构变形较协调一致并共同抵御内压,内压大于1.8 MPa时砂浆和管芯混凝土发生开裂。钢筒和预应力钢丝在加压过程中的变形规律基本一致,屈服内水压力均为1.8 MPa。钢筒内侧管芯混凝土开裂后通过钢筒传递径向应力,内水压力由预应力钢丝承担。原型试验不但获得了PCCP各层结构在内水压力作用下的受载响应规律,确定了管体各层材料开裂和屈服荷载,而且为PCCP结构深层次的基础理论研究和工程应用提供了宝贵的试验资料。     

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。     

超大口径预存裂缝的PCCP管结构分析与试验研究

摘 要：预应力钢筒混凝土管道（PCCP）作为一种新型组合结构管材，以其特有的材料受力优点，正被越来越多的应用到城市供水工程中。本文针对南水北调实际工程中出现的PCCP管芯混凝土预存裂缝问题，通过对原型管道的抗裂外压承载力试验，探讨了预存管芯外壁纵向裂缝对承载力的影响,分析了管子的受力特性。试验结果表明：PCCP在抗裂外压检验荷载下，其破坏主要分布为管顶、管底内侧管芯混凝土和管中外侧砂浆保护层受拉破坏。在此试验结果上，本文基于ABAQUS有限元分析，选取混凝土塑性损伤模型，对PCCP抗裂外压试验进行结构数值模拟分析，数值计算与试验结果相一致。数值计算结果表明：管芯混凝土预存裂缝对PCCP抗裂外压极限荷载影响不大，但在荷载作用下，预存裂缝会对混凝土、砂浆保护层出现应力集中现象，将首先出现混凝土损伤，从而导致裂缝发生与扩展。     

南水北调中线工程超大口径PCCP外载试验研究

采用原型现场试验的方法,分析了南水北调中线工程PCCP管道的外载试验方法、破坏特征和承载机理.制订了试件成型与测量方案,得到外载试验的具体过程、试验破坏特征以及开裂荷载,最后基于试验现象与试验结果分析了PCCP管的破坏位置,即裂缝出现在管顶与管底的内侧管芯混凝土和管侧的砂浆保护层,裂缝出现后迅速沿管身贯通,裂宽增加,裂缝条数稳定.试验为超大口径PCCP管道的生产、施工积累了经验,为制订超大口径PCCP管道标准以及质量验收标准提供依据.     

基于多种因素破坏作用的水工混凝土试验研究

鉴于北方地区独特的施工方法、原材料特点以及气候条件,水工结构的服役年限和耐久性受低压、高寒的气候条件影响显著。文章结合北方寒区化学侵蚀、碳化、干湿冻融循环等多种破坏因素,开展冻融-化学侵蚀、冻融-碳化、冻融-干湿循环和冻融循环破坏等耐久性试验。试验表明：水工混凝土性能受干湿交替与冻融循环的叠加作用产生放大效应,随水胶比的增加先冻融再碳化或先碳化再冻融的碳化深度都不断增大;虽然经多次冻融循环混凝土试件的相对动弹模量、质量以及外观变化不大,但强度已出现严重劣化,混凝土冻融耐久性建议利用性能降低率或耗损率等指标衡量,为北方寒区水工结构质量以及水工混凝土耐久性提供一定指导。