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。

为研究PCCP管材结构安全性问题,分析了PCCP结构材料性能、管道结构设计、制作工艺以及管道使用环境对PCCP结构安全性的影响。研究表明,在PCCP结构设计、管道制造和管线设计中,只要严格执行相关标准,PCCP的安全性是可控的。此外,结合实际生产经验,对提高PCCP生产质量提出了相应的控制措施。

预应力钢筒混凝土管(PCCP)在设计制造、安装施工以及外部环境等因素综合作用下会出现砂浆保护层受损脱开、预应力钢丝断裂、混凝土管芯纵向开裂以及钢筒泄漏等问题。为使管道恢复至原有承载能力,延长其使用寿命,消除安全隐患,需采用适当的方式对PCCP管进行修复加固。本文总结了常用的PCCP补强加固方法,并从内容、步骤、适用范围、优缺点等多方面对各方法进行了对比,可为国内PCCP的补强加固提供参考。

介绍了阴极保护技术,并结合工程实例说明了阴极保护技术在预应力混凝土输水管防腐中的应用成效,展望了阴极保护技术在PCCP输水管线防腐中的应用前景。

针对某输调水工程在役超大口径PCCP断丝问题,建立有限元分析模型,探究了管身中部预应力钢丝发生不同比例断丝时的管道各部位受力状态。结果表明,随着内水压的增大,断丝管都是管腰处断丝区域外的砂浆保护层最先进入塑性,然后是管芯的顶部、底部和管顶管底的钢筒,最终管腰处预应力钢丝达到其抗拉强度,整管破坏。随着管身中部断丝比例的增加,钢筒和预应力钢丝进入塑性阶段时所对应的内水压值逐渐减小,钢筒总是先于预应力钢丝进入塑性阶段。砂浆保护层和管芯在一定断丝比例之后进入塑性阶段所对应的内水压值维持在一个稳定的数值。研究结果可为实际工程中PCCP出现断丝安全风险后的结构承载能力评估提供依据。

基于目前国内预应力钢筒混凝土管(PCCP)发展面临的几大问题,结合具体工程,从产品结构设计、主要原材料采购、生产质量控制、铺设使用场合和运行管理等方面提出了相应建议,以利于促进PCCP行业健康有序发展。

新颁布实施的CECS 1402011《给水排水工程埋地预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管管道结构设计规程》与2002版相比,进行了大量的修订和修改,但仍存在一些问题。本文结合使用经验,分别对新标准涉及的有效预应力、预应力损失、钢丝强度取值、可变作用分项系数、抗裂公式安全系数、受拉区混凝土的影响系数、抗裂检验压力计算等方面进行了分析和探讨,并提出了建议。

根据PCCP(预应力钢筒混凝土管)插口端内壁混凝土环裂产生机理,从管道结构设计出发,提出了高工压、双层缠丝管道PCCP插口内壁混凝土的抗裂措施。该措施同时采用在插口异形钢环外侧预留变形缝、插口管芯内衬钢环以及插口内壁使用钢纤维混凝土等三种手段,通过提高插口抗弯能力、降低缠丝附加弯矩而实现插口内壁抗裂。建立了高工压、双层缠丝PCCP的三维非线性有限元模型,模拟了管道生产中的典型受力情况,分析了管道的应力和变形规律,并与无抗裂措施的管道进行了对比。结果表明,所提出的PCCP插口内壁混凝土的抗裂措施可以大大改善高工压、双层缠丝PCCP插口内壁混凝土的环裂问题。

分析了中美两国PCCP设计标准中关于砂浆强度取值以及开裂控制条件的一些规定,并基于ABAQUS有限元分析软件,模拟和研究了PCCP在安装和运行过程中砂浆保护层的力学响应机理,依据计算结果对设计标准中存在的问题进行了探讨。结果表明,目前设计中采用砂浆的抗压强度作为砂浆强度的设计值,高估了PCCP砂浆的承载能力,同时,设计标准中控制砂浆层开裂验算中的应变限值过高,导致砂浆保护层容易产生裂缝这一现象被忽视,容易导致由设计缺陷造成的PCCP结构失效和破坏。

通过对国内外的文献分析与研究,介绍了PCCP数值计算方法的最新进展情况,阐述了国内外学者在PCCP管道数值分析研究中的研究内容和采用的建模方法,分析了不同建模方法的优缺点,并对现在建模所采用的预应力施加方法进行了对比。结合管道数值计算的研究动态,提出了管道数值计算研究的重点和需要进一步研究的问题。