預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe,簡(jiǎn)稱(chēng)PCCP)是一種復(fù)合型管材,廣泛應(yīng)用于各種輸調(diào)水工程。PCCP在運(yùn)行時(shí),由于其復(fù)雜的工作環(huán)境,結(jié)構(gòu)本身會(huì)產(chǎn)生裂縫和斷絲,從而影響管道的承載性能,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)䦟?dǎo)致發(fā)生爆管等工程事故,因此有必要分析裂縫和斷絲對(duì)PCCP管承載能力的影響,對(duì)管的承載能力進(jìn)行評(píng)估。本文結(jié)合PCCP管道工程,利用有限元軟件ABAQUS進(jìn)行數(shù)值仿真,通過(guò)與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證模擬結(jié)果的正確性,并對(duì)PCCP管的承載能力進(jìn)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(duì)PCCP承載能力的影響。通過(guò)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(duì)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(yīng)力,有利于減少PCCP插口內(nèi)壁環(huán)形裂縫。通過(guò)考慮砂漿保護(hù)層對(duì)鋼絲的握裹力,建立更符合實(shí)際的PCCP斷絲模型,研究斷絲數(shù)量和斷絲位置對(duì)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(yīng)力完全釋放,但由于砂漿保護(hù)層握裹力的作用,鋼絲的應(yīng)力沿管周方向經(jīng)過(guò)約2750mm后不受影響;斷絲會(huì)造成兩側(cè)未斷鋼絲的應(yīng)力增大,沿管長(zhǎng)方向其影響長(zhǎng)度隨著斷絲數(shù)量的增加而增長(zhǎng);斷絲會(huì)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(duì)PCCP承載能力的影響更為顯著。根據(jù)實(shí)際工程多次斷絲檢測(cè)數(shù)據(jù),估計(jì)斷絲發(fā)展速度,對(duì)在役PCCP管進(jìn)行承載力評(píng)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(huì)發(fā)生破壞;PCCP斷絲10%以后,管芯混凝土出現(xiàn)受拉損傷;當(dāng)斷絲數(shù)量達(dá)到40%左右時(shí),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(dāng)斷絲數(shù)量達(dá)到60%左右時(shí),鋼筒應(yīng)力達(dá)到屈服,此時(shí)PCCP可能會(huì)發(fā)生爆管。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TV332
【部分圖文】：

南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章 緒論筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe，以下簡(jiǎn)稱(chēng) PC帶鋼筒的混凝土管芯外側(cè)纏繞高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲以施加預(yù)應(yīng)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(qiáng)以及承壓能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，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(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）最初是由法國(guó)的邦納管道公司在 1939 年制造而成，并被應(yīng)用于巴黎郊區(qū)的某個(gè)工程上。隨后，美國(guó)也開(kāi)始研究 PCCP 管，并對(duì) PCCP 管的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。目前，經(jīng)過(guò)了七十多年的研究與發(fā)展，國(guó)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(yùn)用，美國(guó)是當(dāng)今世界上 PCCP 管生產(chǎn)和使用最多的國(guó)家。我國(guó)對(duì) 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(guó)引進(jìn)了關(guān)鍵的生產(chǎn)裝備及技術(shù)，是我國(guó)生產(chǎn) PCCP 管最早的廠家。此后，國(guó)內(nèi)多家公司開(kāi)始生產(chǎn) PCCP管。當(dāng)前，PCCP 管在國(guó)內(nèi)的重大工程中有著廣泛應(yīng)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(yīng)急輸水工程、大連應(yīng)急輸水工程、江蘇常州武進(jìn)引長(zhǎng)江水工程、山西萬(wàn)家寨引黃工程以及中國(guó)核工業(yè)甘肅四零四廠引水工程等等。1.2 PCCP 設(shè)計(jì)方法PCCP 的第一版設(shè)計(jì)和制造標(biāo)準(zhǔn)由美國(guó)在 1994 年制定的，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法從最初的半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和工作應(yīng)力設(shè)計(jì)方法，逐步發(fā)展到現(xiàn)在廣泛采用的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。當(dāng)前，國(guó)際上

圖 1.2 PCCP-E 結(jié)構(gòu)圖 圖 1.3 PCCP-L 結(jié)構(gòu)圖預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）最初是由法國(guó)的邦納管道公司在 1939 年制造而成，并被應(yīng)用于巴黎郊區(qū)的某個(gè)工程上。隨后，美國(guó)也開(kāi)始研究 PCCP 管，并對(duì) PCCP 管的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。目前，經(jīng)過(guò)了七十多年的研究與發(fā)展，國(guó)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(yùn)用，美國(guó)是當(dāng)今世界上 PCCP 管生產(chǎn)和使用最多的國(guó)家。我國(guó)對(duì) 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(guó)引進(jìn)了關(guān)鍵的生產(chǎn)裝備及技術(shù)，是我國(guó)生產(chǎn) PCCP 管最早的廠家。此后，國(guó)內(nèi)多家公司開(kāi)始生產(chǎn) PCCP管。當(dāng)前，PCCP 管在國(guó)內(nèi)的重大工程中有著廣泛應(yīng)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(yīng)急輸水工程、大連應(yīng)急輸水工程、江蘇常州武進(jìn)引長(zhǎng)江水工程、山西萬(wàn)家寨引黃工程以及中國(guó)核工業(yè)甘肅四零四廠引水工程等等。1.2 PCCP 設(shè)計(jì)方法PCCP 的第一版設(shè)計(jì)和制造標(biāo)準(zhǔn)由美國(guó)在 1994 年制定的，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法從最初的半經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和工作應(yīng)力設(shè)計(jì)方法，逐步發(fā)展到現(xiàn)在廣泛采用的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。當(dāng)前，國(guó)際上
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