預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)運(yùn)行過程中的數(shù)值仿真.pdf

1、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(qiáng)及安裝便利，良好的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)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(jì)民生。因此，管道運(yùn)行過程中的安全性與穩(wěn)定性尤為重要，根據(jù)工程實(shí)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(shí)際工程提供參照，很有意義也很有必要。

2、　　本文總結(jié)了PCCP國內(nèi)外發(fā)展歷程及其設(shè)計(jì)原理和標(biāo)準(zhǔn)，介紹了PCCP加工工藝和關(guān)鍵要點(diǎn)。根據(jù)研究現(xiàn)狀和南水北調(diào)中線實(shí)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

3、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(jì)，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(qiáng)度都很小，不會引起裂縫。
　?。?）管道正常運(yùn)行工況（內(nèi)水壓力從靜水壓力至設(shè)計(jì)內(nèi)壓0.84MPa）下，管道各部位受力正常，不會出現(xiàn)裂縫。
　?。?）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

4、土抗拉強(qiáng)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(qiáng)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。
　?。?）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C5