預應力鋼筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe,簡稱PCCP)是一種復合型管材,廣泛應用于各種輸調(diào)水工程。PCCP在運行時,由于其復雜的工作環(huán)境,結(jié)構(gòu)本身會產(chǎn)生裂縫和斷絲,從而影響管道的承載性能,嚴重時甚至會導致發(fā)生爆管等工程事故,因此有必要分析裂縫和斷絲對PCCP管承載能力的影響,對管的承載能力進行評估。本文結(jié)合PCCP管道工程,利用有限元軟件ABAQUS進行數(shù)值仿真,通過與試驗結(jié)果對比驗證模擬結(jié)果的正確性,并對PCCP管的承載能力進行研究。綜合分析PCCP裂縫的成因,研究由于干燥收縮引起的管芯混凝土內(nèi)壁環(huán)形裂縫對PCCP承載能力的影響。通過將鋼筒與插口鋼環(huán)根部的焊接位置向管內(nèi)延伸,分析改變鋼筒與插口鋼環(huán)焊接位置對PCCP插口端內(nèi)壁環(huán)形裂縫的影響,分析結(jié)果表明將鋼筒與插口鋼環(huán)根部焊接位置向管內(nèi)延伸能夠減小纏絲后管芯混凝土的軸向拉應力,有利于減少PCCP插口內(nèi)壁環(huán)形裂縫。通過考慮砂漿保護層對鋼絲的握裹力,建立更符合實際的PCCP斷絲模型,研究斷絲數(shù)量和斷絲位置對PCCP承載能力的影響。研究結(jié)果表明鋼絲斷裂后,斷口處的鋼絲應力完全釋放,但由于砂漿保護層握裹力的作用,鋼絲的應力沿管周方向經(jīng)過約2750mm后不受影響;斷絲會造成兩側(cè)未斷鋼絲的應力增大,沿管長方向其影響長度隨著斷絲數(shù)量的增加而增長;斷絲會降低PCCP的承載能力,且斷絲數(shù)量越多,PCCP承載能力降低的幅度越大;相同斷絲數(shù)量下,管端斷絲比管中間斷絲對PCCP承載能力的影響更為顯著。根據(jù)實際工程多次斷絲檢測數(shù)據(jù),估計斷絲發(fā)展速度,對在役PCCP管進行承載力評估,研究發(fā)現(xiàn)PCCP完好管在工作內(nèi)外壓的共同作用下不會發(fā)生破壞;PCCP斷絲10%以后,管芯混凝土出現(xiàn)受拉損傷;當斷絲數(shù)量達到40%左右時,斷絲區(qū)域管芯混凝土在內(nèi)外壓共同作用下出現(xiàn)貫穿性裂縫,管道不宜繼續(xù)承載;當斷絲數(shù)量達到60%左右時,鋼筒應力達到屈服,此時PCCP可能會發(fā)生爆管。
【學位單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TV332
【部分圖文】：

南京航空航天大學碩士學位論文第一章 緒論筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe，以下簡稱 PC帶鋼筒的混凝土管芯外側(cè)纏繞高強預應力鋼絲以施加預應力，成的，其結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示。PCCP 管結(jié)合了鋼管和混凝土管的能力強以及承壓能力強等優(yōu)點。同時，PCCP 綜合成本較低，

圖 1.2 PCCP-E 結(jié)構(gòu)圖 圖 1.3 PCCP-L 結(jié)構(gòu)圖預應力鋼筒混凝土管（PCCP）最初是由法國的邦納管道公司在 1939 年制造而成，并被應用于巴黎郊區(qū)的某個工程上。隨后，美國也開始研究 PCCP 管，并對 PCCP 管的發(fā)展做出了重要貢獻。目前，經(jīng)過了七十多年的研究與發(fā)展，國外已有多家公司在生產(chǎn) PCCP 管，阿麥隆公司和普萊斯兄弟公司是其中生產(chǎn)規(guī)模較大的廠家。目前，PCCP 管已經(jīng)在歐洲、美洲、亞洲和非洲得到廣泛地運用，美國是當今世界上 PCCP 管生產(chǎn)和使用最多的國家。我國對 PCCP 管的研制和生產(chǎn)起步較晚，山東電力管道工程公司在 1989 年從美國引進了關(guān)鍵的生產(chǎn)裝備及技術(shù)，是我國生產(chǎn) PCCP 管最早的廠家。此后，國內(nèi)多家公司開始生產(chǎn) PCCP管。當前，PCCP 管在國內(nèi)的重大工程中有著廣泛應用，大規(guī)模采用 PCCP 管的輸調(diào)水工程有南水北調(diào)工程、北京張坊水源應急輸水工程、大連應急輸水工程、江蘇常州武進引長江水工程、山西萬家寨引黃工程以及中國核工業(yè)甘肅四零四廠引水工程等等。1.2 PCCP 設計方法PCCP 的第一版設計和制造標準由美國在 1994 年制定的，其結(jié)構(gòu)設計方法從最初的半經(jīng)驗設計方法和工作應力設計方法，逐步發(fā)展到現(xiàn)在廣泛采用的極限狀態(tài)設計方法。當前，國際上

圖 1.2 PCCP-E 結(jié)構(gòu)圖 圖 1.3 PCCP-L 結(jié)構(gòu)圖預應力鋼筒混凝土管（PCCP）最初是由法國的邦納管道公司在 1939 年制造而成，并被應用于巴黎郊區(qū)的某個工程上。隨后，美國也開始研究 PCCP 管，并對 PCCP 管的發(fā)展做出了重要貢獻。目前，經(jīng)過了七十多年的研究與發(fā)展，國外已有多家公司在生產(chǎn) PCCP 管，阿麥隆公司和普萊斯兄弟公司是其中生產(chǎn)規(guī)模較大的廠家。目前，PCCP 管已經(jīng)在歐洲、美洲、亞洲和非洲得到廣泛地運用，美國是當今世界上 PCCP 管生產(chǎn)和使用最多的國家。我國對 PCCP 管的研制和生產(chǎn)起步較晚，山東電力管道工程公司在 1989 年從美國引進了關(guān)鍵的生產(chǎn)裝備及技術(shù)，是我國生產(chǎn) PCCP 管最早的廠家。此后，國內(nèi)多家公司開始生產(chǎn) PCCP管。當前，PCCP 管在國內(nèi)的重大工程中有著廣泛應用，大規(guī)模采用 PCCP 管的輸調(diào)水工程有南水北調(diào)工程、北京張坊水源應急輸水工程、大連應急輸水工程、江蘇常州武進引長江水工程、山西萬家寨引黃工程以及中國核工業(yè)甘肅四零四廠引水工程等等。1.2 PCCP 設計方法PCCP 的第一版設計和制造標準由美國在 1994 年制定的，其結(jié)構(gòu)設計方法從最初的半經(jīng)驗設計方法和工作應力設計方法，逐步發(fā)展到現(xiàn)在廣泛采用的極限狀態(tài)設計方法。當前，國際上
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本文編號：2838328