本文關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管纏絲過程應(yīng)力分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來,隨著預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(以下簡稱PCCP)在我國的迅速發(fā)展,其已被廣泛應(yīng)用于電力、水利、市政給排水等相關(guān)工程領(lǐng)域,尤其是我國近年來的重點(diǎn)工程——南水北調(diào)工程。自河南省南水北調(diào)中線配套工程開工以來,工程人員發(fā)現(xiàn)PCCP管道在生產(chǎn)、搬運(yùn)、放置以及安裝期間,管芯混凝土表面普遍都產(chǎn)生裂縫。本文結(jié)合南水北調(diào)工程建設(shè)中出現(xiàn)的問題,重點(diǎn)對PCCP管道生產(chǎn)工藝中的鋼絲纏繞這一工序進(jìn)行研究,對鋼絲纏繞過程中管芯混凝土的應(yīng)力變化規(guī)律以及鋼筒螺旋焊縫處搭接臺階應(yīng)力集中等問題進(jìn)行有限元分析,研究其對管芯混凝土裂縫形成的影響。本文總結(jié)了PCCP在國內(nèi)外的發(fā)展以及有關(guān)PCCP管道結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀和研究方法。根據(jù)埋置式PCCP管道的生產(chǎn)工序和特點(diǎn),結(jié)合相關(guān)的工程生產(chǎn)數(shù)據(jù),利用ANSYS有限元軟件,建立了PCCP纏絲過程有限元分析模型,模型中充分考慮了不同材料間的協(xié)調(diào)工作以及鋼筒內(nèi)螺旋焊縫的搭接臺階,采用等效荷載法進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的施加,并將整個(gè)纏絲過程分解為七個(gè)不同的工況(即纏絲位置達(dá)到1m、2m、3m、4m、5m、6m以及纏絲完成水平放置時(shí))進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析得到以下結(jié)論:(1)在纏絲過程中鋼筒螺旋焊縫會引起管芯混凝土的應(yīng)力集中,當(dāng)搭接臺階為1.5mm時(shí)應(yīng)力集中系數(shù)為1.39,當(dāng)搭接臺階為2.0mm時(shí)應(yīng)力集中系數(shù)為1.50;(2)在整個(gè)纏絲過程中內(nèi)外層管芯混凝土均會產(chǎn)生徑向拉應(yīng)力、環(huán)向拉應(yīng)力及軸向拉應(yīng)力,其中軸向拉應(yīng)力對管芯裂縫的影響最大,且內(nèi)層混凝土較外層混凝土更易產(chǎn)生裂縫;(3)對于內(nèi)層混凝土來說,鋼絲纏繞至管道的上半段時(shí)產(chǎn)生的軸向拉應(yīng)力最大。纏絲過程中最大軸向拉應(yīng)力總是發(fā)生在纏絲處的后方0.4m范圍內(nèi)的焊縫處;(4)內(nèi)外層混凝土環(huán)向應(yīng)力的變化趨勢基本一致,主要表現(xiàn)為壓應(yīng)力,因此纏絲過程不會引起縱向裂縫的產(chǎn)生;(5)纏絲完成后,管道在豎直放置和水平放置狀態(tài)下,內(nèi)外層混凝土的各個(gè)拉應(yīng)力都很小,不會引起縱向裂縫和環(huán)向裂縫。由此可見,鋼絲的預(yù)應(yīng)力只有在纏絲進(jìn)行的過程中才可能導(dǎo)致內(nèi)層混凝土環(huán)向裂縫的產(chǎn)生,當(dāng)纏絲完成后,預(yù)應(yīng)力的作用不會導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。因此,在生產(chǎn)過程中,為了減小預(yù)應(yīng)力引起的裂縫的產(chǎn)生,應(yīng)該更注重纏絲過程中混凝土軸向拉應(yīng)力的控制。
【關(guān)鍵詞】：預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管 有限元 纏絲模型 應(yīng)力分析
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TV672.2;TV335
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-23
• 1.1 PCCP的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)11-13
• 1.1.1 PCCP的結(jié)構(gòu)11-12
• 1.1.2 PCCP的特點(diǎn)12-13
• 1.2 PCCP的制作工藝13-15
• 1.2.1 承、插口環(huán)制作14
• 1.2.2 鋼筒制作14
• 1.2.3 鋼筒水壓檢驗(yàn)14
• 1.2.4 管芯成型及養(yǎng)護(hù)14-15
• 1.2.5 鋼絲纏絲15
• 1.2.6 PCCP鋼絲外保護(hù)層制作15
• 1.2.7 管道防腐處理15
• 1.3 PCCP在國內(nèi)外的發(fā)展歷史15-17
• 1.3.1 PCCP在國外的發(fā)展歷史15-17
• 1.3.2 PCCP在國內(nèi)的發(fā)展歷史17
• 1.4 國內(nèi)外PCCP有限元研究現(xiàn)狀17-21
• 1.4.1 國外研究現(xiàn)狀17-19
• 1.4.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀19-21
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容及意義21-23
• 1.5.1 主要研究內(nèi)容21
• 1.5.2 研究意義21-23
• 2 PCCP有限元分析的基本理論23-35
• 2.1 有限元分析的定義23
• 2.2 線性有限元分析23-24
• 2.3 非線性有限元分析24-33
• 2.3.1 結(jié)構(gòu)非線性問題的分類24-25
• 2.3.2 非線性問題的求解方法25-27
• 2.3.3 塑性增量理論27-33
• 2.4 ANSYS軟件介紹33-35
• 3 PCCP有限元模型的建立35-44
• 3.1 PCCP計(jì)算模型的選取35-38
• 3.1.1 PCCP有限元模型的基本假定35
• 3.1.2 PCCP模型的建立35-38
• 3.2 PCCP有限元模型中的單元類型38-40
• 3.3 PCCP模型的材料參數(shù)40-41
• 3.3.1 混凝土的本構(gòu)關(guān)系40-41
• 3.3.2 鋼筒的本構(gòu)關(guān)系41
• 3.4 預(yù)應(yīng)力模擬41-43
• 3.4.1 預(yù)應(yīng)力施加的模擬方法41-42
• 3.4.2 環(huán)形預(yù)應(yīng)力作用機(jī)理42-43
• 3.5 本章小結(jié)43-44
• 4 PCCP纏絲過程有限元分析44-60
• 4.1 PCCP管道螺旋焊縫處的應(yīng)力集中45-46
• 4.2 內(nèi)層管芯混凝土應(yīng)力分析46-52
• 4.2.1 應(yīng)力最大值分析46-48
• 4.2.2 特征點(diǎn)的應(yīng)力變化分析48-52
• 4.3 外層管芯混凝土應(yīng)力分析52-56
• 4.3.1 應(yīng)力最大值分析52-53
• 4.3.2 特征點(diǎn)應(yīng)力變化分析53-56
• 4.4 鋼筒應(yīng)力分析56-59
• 4.4.1 應(yīng)力最大值分析56-57
• 4.4.2 特征點(diǎn)應(yīng)力變化分析57-59
• 4.5 本章小結(jié)59-60
• 5 結(jié)論與展望60-63
• 5.1 結(jié)論60-61
• 5.2 展望61-63
• 參考文獻(xiàn)63-66
• 個(gè)人簡歷與研究成果66-67
• 致謝67

【參考文獻(xiàn)】

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