本文選題：預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管 + 有限元　； 參考：《鄭州大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe,簡稱PCCP)因其能承受內(nèi)外高壓、抗?jié)B耐腐蝕、通水能力強及安裝便利,良好的實用性和經(jīng)濟性,廣泛應(yīng)用于市政、電力和水利工程中,尤其是國家重大工程——南水北調(diào)工程,關(guān)系國計民生。因此,管道運行過程中的安全性與穩(wěn)定性尤為重要,根據(jù)工程實際合理地建立PCCP仿真模型,分析管道應(yīng)力分布,裂縫產(chǎn)生及破壞工況,從而為實際工程提供參照,很有意義也很有必要。本文總結(jié)了PCCP國內(nèi)外發(fā)展歷程及其設(shè)計原理和標(biāo)準(zhǔn),介紹了PCCP加工工藝和關(guān)鍵要點。根據(jù)研究現(xiàn)狀和南水北調(diào)中線實際工程選用埋置式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP-E),利用ANSYS建立數(shù)值仿真模型,模型中合理地考慮了各層之間的連接關(guān)系,采用降溫法模擬預(yù)應(yīng)力,分析纏絲完成、自重、靜水壓力、不同內(nèi)水壓力和重型車載作用等不同工況下管道內(nèi)外層管芯混凝土、鋼筒和預(yù)應(yīng)力鋼絲的應(yīng)力變化規(guī)律。主要結(jié)論如下:(1)纏絲完成時,內(nèi)外層管芯混凝土和鋼筒均會出現(xiàn)軸向應(yīng)力、徑向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力,其中徑向應(yīng)力很小,對裂縫沒有影響,可忽略不計,主要為軸向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力,但相比混凝土和鋼筒抗拉和抗壓強度都很小,不會引起裂縫。(2)管道正常運行工況(內(nèi)水壓力從靜水壓力至設(shè)計內(nèi)壓0.84MPa)下,管道各部位受力正常,不會出現(xiàn)裂縫。(3)在極限內(nèi)壓(內(nèi)水壓力為1.2MPa)作用下,管道以環(huán)向拉應(yīng)力為主。內(nèi)層管芯混凝土最大環(huán)向拉應(yīng)力為2.65MPa,超過C50混凝土抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值(2.64MPa),持續(xù)作用時內(nèi)層管芯混凝土沿環(huán)向出現(xiàn)裂縫,水流沿裂縫涌出,引起破壞;鋼筒和預(yù)應(yīng)力鋼絲的強度足以滿足承載力要求,不會出現(xiàn)屈服。與此同時,在長期使用中,混凝土的徐變,氯離子的侵蝕,預(yù)應(yīng)力鋼絲的松弛以及地面移動荷載的作用都會引起管道破壞,多種因素疊加將加速管道破壞。(4)重型車載作用下,即當(dāng)管頂中部區(qū)域應(yīng)力超過2MPa時,對于內(nèi)層管芯混凝土,軸向最大拉應(yīng)力出現(xiàn)于管底中部,為2.4MPa,很接近C50混凝土抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值(2.64MPa),很易出現(xiàn)軸向裂縫;環(huán)向最大拉應(yīng)力也出現(xiàn)于管底中部,為3.06MPa,超過C50混凝土抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值(2.64MPa),內(nèi)層管芯混凝土沿環(huán)向出現(xiàn)裂縫,若同時有內(nèi)水壓力作用,將加速裂縫延展,引起管道破壞,對行車構(gòu)成危險。為此,實際工程中,若能加強管道運行監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)破壞及時采取措施,從而減少損失,很有必要。
[Abstract]:Prestressed Concrete Cylinder Pipe, is widely used in municipal, electric and hydraulic engineering because of its high pressure, high permeability and corrosion resistance, good water capacity and convenient installation. In particular, the national major project-South-North Water transfer Project, the national economy and people's livelihood. Therefore, the safety and stability of pipeline operation process is particularly important. According to the engineering practice, the PCCP simulation model is established reasonably, and the stress distribution, crack generation and failure condition of pipeline are analyzed, so as to provide a reference for practical engineering. It's meaningful and necessary. This paper summarizes the development of PCCP at home and abroad and its design principles and standards, and introduces the processing technology and key points of PCCP. According to the present research situation and the actual project of the South-to-North Water transfer Project, the buried prestressed steel cylinder concrete pipe PCCP-E is selected, and the numerical simulation model is established by using ANSYS. In the model, the connection between each layer is reasonably considered, and the prestressing force is simulated by using the cooling method. The stress variation law of outer pipe core concrete, steel cylinder and prestressed steel wire under different working conditions, such as wire winding, deadweight, hydrostatic pressure, different internal water pressure and heavy truck action, is analyzed. The main conclusions are as follows: (1) when the wire winding is finished, the axial stress, radial stress and circumferential stress will appear in both inner and outer layer pipe core concrete and steel cylinder, in which the radial stress is very small and has no effect on the crack, so it can be ignored. It is mainly axial stress and circumferential stress, but compared with concrete and steel cylinder, the tensile and compressive strength is very small and will not cause cracks. 2) under normal operating conditions (from hydrostatic pressure to design internal pressure 0.84MPa), all parts of the pipeline are subjected to normal loading. Under the action of limit internal pressure (1.2MPa), the main stress of pipeline is circumferential tensile stress. The maximum circumferential tensile stress of inner pipe core concrete is 2.65 MPA, which exceeds the standard value of C50 concrete tensile strength (2.64 MPA / a). When the concrete is acting continuously, cracks appear along the circumferential direction, and the water flows out along the crack, causing damage. The strength of the steel cylinder and prestressed steel wire is sufficient to meet the bearing capacity requirement and will not yield. At the same time, the creep of concrete, the erosion of chloride ion, the relaxation of prestressed steel wire and the action of moving load on the ground will all cause pipeline failure in a long period of time. That is, when the stress in the middle part of the pipe top exceeds 2MPa, the axial maximum tensile stress appears in the middle of the pipe bottom, which is 2.4MPa, which is very close to the standard value of tensile strength of C50 concrete (2.64MPa / a), and it is easy to appear axial cracks. The maximum tensile stress in the circumferential direction also appears in the middle of the pipe bottom, which is 3.06 MPA, which exceeds the standard value of the tensile strength of C50 concrete (2.64 MPA / a). Cracks appear in the inner tube core concrete along the circumferential direction. If there is internal water pressure at the same time, the crack extension will be accelerated and the pipeline will be destroyed. Pose a danger to driving. Therefore, it is necessary to strengthen the monitoring of pipeline operation and find that the damage can be taken in time to reduce the loss in practical engineering.
【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】：2017
【分類號】：TV672.2

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本文編號：1947440