【摘要】：預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)由混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼筒和砂漿組成,其廣泛應(yīng)用于輸水、調(diào)水、市政、水利工程。PCCP有兩種類型,內(nèi)襯式(PCCP-LCP)是將鋼筒襯在混凝土外表面;嵌入式(PCCP-ECP)是將鋼筒嵌入混凝土內(nèi)部。本論文研究的是嵌入式PCCP。預(yù)應(yīng)力鋼絲螺旋纏繞在PCCP外側(cè)并施加預(yù)壓應(yīng)力使管芯混凝土受壓,承受內(nèi)水壓時(shí)首先抵消鋼絲的預(yù)壓應(yīng)力,然后混凝土才由受壓狀態(tài)轉(zhuǎn)換為受拉狀態(tài)�；炷量估瓘�(qiáng)度低,施加預(yù)壓應(yīng)力可以部分抵消內(nèi)水壓引起的拉應(yīng)力,延緩裂縫的開(kāi)展,提高內(nèi)水壓承載力;同時(shí)在外荷載作用下鋼絲又起到配筋的作用。因此,預(yù)應(yīng)力鋼絲對(duì)PCCP的結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。實(shí)際工程中,由于鋼絲的腐蝕或者氫脆性引起鋼絲斷裂,少量斷絲對(duì)PCCP的安全運(yùn)行影響不大。當(dāng)PCCP的斷絲數(shù)目不斷增加時(shí),其承載力不斷降低,運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)不斷增大,甚至?xí)l(fā)生爆管事故,因此對(duì)PCCP斷絲管進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固的研究非常必要。目前PCCP常用的補(bǔ)強(qiáng)加固方法包括換管法、套管法、體外預(yù)應(yīng)力法以及管內(nèi)粘貼碳纖維形成CFRP里襯。其中,管內(nèi)粘貼碳纖維的方法不用開(kāi)挖管道、施工簡(jiǎn)單、工期短、對(duì)環(huán)境影響小,但國(guó)內(nèi)還未完全了解和掌握其加固機(jī)理,相應(yīng)的施工方法還不完全成熟。本文對(duì)PCCP斷絲管的補(bǔ)強(qiáng)加固研究工作取得以下成果:1、根據(jù)PCCP的設(shè)計(jì)方法與有限元理論,結(jié)合PCCP的結(jié)構(gòu)型式,確定了 PCCP數(shù)值計(jì)算的單元類型和材料本構(gòu)模型。2、根據(jù)PCCP斷絲管的破壞模式,確定了 PCCP斷絲管極限狀態(tài)劃分原則,把斷絲管的極限狀態(tài)分為三類:運(yùn)行極限狀態(tài)、損傷極限狀態(tài)和強(qiáng)度極限狀態(tài)。這三種極限狀態(tài)均用斷絲-內(nèi)壓曲線表示,通過(guò)該曲線將斷絲管分成不同的維修等級(jí),為確定斷絲管補(bǔ)強(qiáng)加固提供依據(jù)。3、對(duì)粘貼一縱一環(huán)CFRP的PCCP進(jìn)行了原型斷絲試驗(yàn)、粘接強(qiáng)度試驗(yàn)和CFRP室內(nèi)試驗(yàn)。通過(guò)原型斷絲試驗(yàn)分析了 CFRP加固后的復(fù)合管體在不同斷絲階段各種材料的力學(xué)性態(tài);粘接強(qiáng)度試驗(yàn)檢驗(yàn)了粘接效果;室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)了 CFRP的抗拉強(qiáng)度和彈性模量,為PCCP斷絲管補(bǔ)強(qiáng)加固設(shè)計(jì)提供依據(jù)。4、結(jié)合CFRP加固PCCP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),建立了 CFRP及CFRP-混凝土界面數(shù)值計(jì)算模型,研究加固的復(fù)合管體破壞全過(guò)程,并將原型試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬進(jìn)行比較,結(jié)果非常接近,驗(yàn)證了研究方法的正確性。繪制用于判斷管道退化程度的斷絲-內(nèi)壓曲線,確定工作壓力為0.8MPa、設(shè)計(jì)壓力為1.12MPa,2.6m直徑PCCP補(bǔ)強(qiáng)加固后的斷絲閾值。5、分析了南水北調(diào)PCCP斷絲管在粘貼與不粘貼碳纖維條件下,加壓過(guò)程與斷絲過(guò)程中PCCP各層材料在管頂、管腰和管底的力學(xué)性態(tài)。明確了 PCCP在實(shí)際埋管狀態(tài)下斷絲過(guò)程中內(nèi)壓承載體以及CFRP發(fā)揮的作用。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)水利水電科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TV672.2

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本文編號(hào)：2573060