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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

埋设在腐蚀环境下的PCCP安全性探讨

本文对埋设在腐蚀环境下PCCP的抗腐蚀性、腐蚀机理、化学与电化学腐蚀条件下应采取的安全措施等进行了探讨,将有力促进采用PCCP的大型输水工程的应用安全。     

2012年度混凝土与水泥制品行业技术革新奖获奖项目展示(二)

二等奖项目埋地PCCP管阴极保护集成技术研究完成单位山东龙泉管道工程股份有限公司/北京科技大学该项目通过对预应力钢筒混凝土管(PCCP)腐蚀机理与阴极保护技术的研究,综合考虑PCCP中高强度预应力钢筋的安全性、配套涂层的可行性、预置测量装置和阴极保护设计的精确性,发展了埋地PCCP阴极保护集成技术。该项目已在若干实际工程中得到应用。与国外相比,我国生产、使用PCCP起步较晚,关于     

钢丝绳损伤的机理与防治

论述了断丝、磨损、腐蚀、变形等几种钢丝绳常见的损伤形式,分析了各种损伤产生的机理,提出了相应的防治措施。     

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。     

浅议输水用PCCP管的施工方法

介绍了预应力钢筒混凝土管（PCCP管）的应用现状,以某灌区输水工程为背景,详细归纳了PCCP管的施工方法,并总结了一些施工经验,实践证明：预应力钢筒混凝土管（PCCP管）在输水工程中具有较好的应用效果。     

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。     

谈埋地输水PCCP管道外防腐措施的重要性

从水泥砂浆层腐蚀破坏与钢骨腐蚀破坏两个角度分析了埋地输水PCCP管道腐蚀的主要原因,对PCCP的防腐措施进行了探讨,提出了改善水泥砂浆和混凝土品质、涂覆外防腐层、阴极保护等措施,指出PCCP管道多用于大型输水工程,管径大,输水量高,提高其运行的耐久性与安全性至关重要。     

PCCP管道阴极保护方案的选择与设计

预应力钢筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe,简称PCCP）因其长期埋设在土壤中,PCCP中的钢构件不可避免地会发生腐蚀,其最佳防腐的方法是阴极保护。采用阴极保护,可有效控制PVVP的受损程度,延长其使用周期,避免由于腐蚀而造成的成本上升,使利用率达到最大化。本文主要是针对PCCP管道阴极保护方案选择与设计进行初步的探讨。     

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。     

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。     

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管应用过程质量控制

PCCP管以其性能优势和价格优势,近年来已经越来越多的应用到给水工程中,在PCCP管大发展时期,为了充分保证工程质量,达到应用效果,保障供水安全,从生产过程监管、工程设计和施工安装几方面出发,同时结合PCCP管本身的性能,综合考虑分析,提出几点PCCP管应用过程的质量控制措施。     

PCCP发展现状及在山西引黄工程中的应用

预应力钢筒混凝土管（简称PCCP）具有优良的品质,在国内外已经得到广泛应用。进入本世纪以来,在我国的应用发展迅速,但PCCP在国内应用中还存在着许多问题值得我们研究,如管材选择存在盲目性、用于制管的主要原材料质量控制不严、PCCP各种压力等级概念模糊等。本文结合PCCP在山西省万家寨引黄工程中的应用对上述问题进行了重点研究。