預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）的有限元分析.pdf

1、在國(guó)內(nèi)，預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe，簡(jiǎn)稱PCCP)的數(shù)值仿真分析幾乎為空白，而國(guó)外也處于起步階段。本文首次對(duì)PCCP管的制造、施工安裝和運(yùn)行的全過(guò)程進(jìn)行了全方面的數(shù)值仿真分析，從管道裂縫開(kāi)展、應(yīng)力分布特征等方面論述了PCCP管的優(yōu)越性，并分析了管芯徐變對(duì)管道的影響，這一點(diǎn)填補(bǔ)了國(guó)外在這方面研究的不足。 (1)計(jì)算步驟與分析內(nèi)容。依次施加預(yù)應(yīng)力、管自重、回填土壓、流體自

2、重及內(nèi)水壓力等荷載進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。分析了PCCP管的變形、應(yīng)力、裂縫、開(kāi)裂前后應(yīng)力變化特征以及徐變效應(yīng)。 (2)PCCP管的變形。在鋼絲的緊箍作用下首先發(fā)生收縮，內(nèi)水壓力作用之前，發(fā)生橢圓形變形，內(nèi)水壓力作用過(guò)程中，管體膨脹，有恢復(fù)圓形的趨勢(shì)。 (3)裂縫擴(kuò)展過(guò)程。腰部砂漿較早開(kāi)裂，隨著內(nèi)水壓力的增大砂漿開(kāi)裂面積向兩側(cè)擴(kuò)展；外層管芯混凝土的管腰部位比其它部位較早開(kāi)裂，并隨著內(nèi)水壓力的增大開(kāi)裂向兩側(cè)擴(kuò)展、向深處延伸；內(nèi)層管芯

3、管頂及包角處基本為一次裂通。 (4)應(yīng)力變化規(guī)律。內(nèi)層管芯內(nèi)、外側(cè)及外層混凝土內(nèi)側(cè)環(huán)向應(yīng)力變化規(guī)律相似，而外層管芯的外側(cè)與砂漿保護(hù)層相似；預(yù)應(yīng)力使管芯與鋼筒中產(chǎn)生環(huán)向預(yù)壓應(yīng)力，鋼絲中產(chǎn)生軸向拉應(yīng)力；在回填土壓作用過(guò)程中，鋼絲拉應(yīng)力在管頂、管底減小而在管腰增大，內(nèi)層管芯及外層管芯內(nèi)側(cè)在管頂、管底處壓應(yīng)力減小而在管腰處增大，外層管芯外側(cè)及砂漿變化過(guò)程相反；內(nèi)水壓力使PCCP管中的拉應(yīng)力增大，而壓應(yīng)力減小。 (5)開(kāi)裂后應(yīng)力突

4、變現(xiàn)象。管芯裂縫出現(xiàn)后，裂縫處的結(jié)構(gòu)應(yīng)力都發(fā)生重分配，管芯在裂縫位置拉應(yīng)力釋放，在靠近裂縫的位置由受壓突變?yōu)槭芾?，而遠(yuǎn)離裂縫的位置壓應(yīng)力突增：鋼絲在管腰突增而在管頂與包角突減；鋼筒在裂縫處拉應(yīng)力突增，發(fā)揮了鋼材的抗拉性能，充分體現(xiàn)了這種復(fù)合管材的優(yōu)越性。 (6)徐變效應(yīng)。徐變使PCCP管進(jìn)一步發(fā)生橢圓形變形；同時(shí)使結(jié)構(gòu)應(yīng)力發(fā)生重分布，主要體現(xiàn)在：管芯自身應(yīng)力重分布，管頂、管底和包角內(nèi)側(cè)以及管腰外側(cè)壓應(yīng)力增大，延后受拉，而其它特征