PCCP断丝破坏规律Ⅱ:数值模拟研究

目前预应力钢筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe,PCCP)断丝的数值模拟要么整圈删除断丝,要么将断丝的预应力损失范围假设为固定值,无法依据砂浆损伤程度来判断断丝预应力损失范围是否扩展。本文通过抽象分析砂浆、预应力钢丝和管芯混凝土之间的两两相互作用机制,引入弹簧单元、内聚力模型和塑性损伤模型,提出了管芯混凝土预压应力施加、任意位置钢丝割断和断丝预应力损失范围扩展的全过程模拟方法,明确了调控断丝预应力损失范围的初始大小、扩展时机和扩展幅度的关键参数。基于原型试验建立了恒定内压下集中和离散断丝的数值模型,从内压加载到断丝破坏的全过程角度验证了新模拟方法的合理性,揭示了管芯的预应力损失和破坏规律,使实际工程中各种三维断点分布的模拟成为可能,可为更精准地预测和评估断丝PCCP结构性能提供新手段。

PCCP管芯混凝土防裂控裂技术研究进展

预应力钢筒混凝土管(PCCP)在我国引调水工程中发挥着重要作用,PCCP运行的安全性对水资源的配置至关重要,关系国计民生。当管芯混凝土内表面产生有害裂缝后,在水压力的作用下会引起内管芯混凝土破坏,导致钢筒被锈蚀,形成安全隐患,因此,针对管芯内壁混凝土裂缝预防和控制的研究对水资源的合理利用具有重大意义。为了预防和减少PCCP内壁出现有害裂缝,根据国内外学者的研究成果,概述了PCCP管芯内壁混凝土裂缝的种类和形式,即纵向裂缝、螺旋裂缝和插口端裂缝;总结了干燥收缩、沉降收缩、温度收缩、焊缝、缠丝应力、吊装运输等因素与PCCP内壁混凝土裂缝的关系;分别从PCCP设计、原材料、配合比、养护制度、焊缝、钢筒、插口和裂缝自愈合、纤维增强材料等方面总结了PCCP管芯内壁裂缝的预防和控制方法。最后,对PCCP管芯混凝土内壁裂缝的控制和预防进行了展望,为继续研究提供思路。

基于力学仿真分析的PCCP断丝预警及报警阈值评估方法

分析了钢丝的预应力作用机理和管道的破坏过程,提出了一种基于力学仿真分析的PCCP断丝预警与报警阈值评估方法。通过ABAQUS程序建立了PCCP有限元模型,模拟了包括铺设垫层、安装管道、分步回填在内的完整施工过程,计算了不同埋深、不同设计工作压力近百种工况下管道预应力钢丝、钢筒和管芯混凝土的应力状态,提出将管芯混凝土在水锤作用下起裂的最大允许断丝数作为爆管预警阈值,将管道埋地承载力极限状态的最大允许断丝数作为爆管报警阈值,并分析了不同工作内压和埋深条件下PCCP断丝预警与报警阈值之间的关系。

基于YOLOX的分布式PCCP断丝自动监测方法研究

为了研究一种针对预应力钢筒混凝土管(PCCP)断丝信号的识别技术,设计了使用DN4000mm的PCCP建成模拟测试环境,在非常接近实际工况的情况下进行了1∶1原型断丝监测试验。试验将采集到的断丝信号与之前采集到的运行管道内的噪声信号相互组合,分别通过连续小波变换(CWT)和同步挤压小波变换(SWT)两种方式转化的时频谱图作为断丝信号数据集,采用基于YOLOX的目标检测算法通过提取数据集中断丝信号时频谱图图像特征来判断断丝事件的发生。两组数据集训练出模型的准确率、召回率、F1分数,误检率均达到100%、100%、1和0%。随后的剪枝计算阶段,在保证检测精度不变的前提下,SWT组的剪枝率高于CWT组,最终模型大小仅为1.36 MByte。可见,通过SWT变换得到的时频谱图可以在不损失精度的前提下更大的简化YOLOX模型,为开发PCCP断丝监测系统的嵌入式部署提供了参考。

基于电磁弹式技术的PCCP预应力检测

由于工作性能优越,经济优势明显,预应力钢筒混凝土管(PCCP)作为一种新型复合管材,广泛应用于大型水利管网建设中。因此,对于管道关键部位预应力钢丝的检测非常重要。本文新采用了一种电磁弹式应力检测技术,并结合水压试验相关应力采集数据对该技术的适用性进行分析。试验结果表明:电磁弹式技术在PCCP钢丝预应力检测中的适用性和准确性较高,满足实际工程中的钢丝预应力检测需要。

基于软联结支护体系的PCCP管道快速施工技术

针对目前不良工况条件下大口径PCCP管道施工效率低、管道施工成本高、管道施工影响大等问题,开发“基于软联结支护体系的不良工况下大口径PCCP管道快速施工工法”,该技术成功应用于车木河水库引水管线(三期)工程,大幅度提高施工效率、减少施工成本、缩短施工工期、减小施工影响,以期为其他工程类似工况施工提供借鉴和参考。

软土地基大口径PCCP管设计及修复

文章以宁波市周公宅、皎口水库引水及城市供水环网工程为例,介绍了在软土地基中铺设DN2600大口径PCCP管设计中的重点和难点,特别针对某些突发情况导致PCCP管接口松脱漏水情况,采用内衬钢管内部修复,能够满足密封防水的要求,同时可以避免开挖影响周边环境,施工方便,是可行的PCCP管道接口漏水的修复补漏方法,能够对类似工程提供借鉴。

大口径PCCP管道损坏成因分析

南水北调中线干线工程(北京段)在城市民生、经济、环境、生态方面发挥了巨大的作用。该段建筑结构大多采用大口径PCCP管道。确保PCCP管道长久运行安全,避免受到各种因素而损坏,至关重要。文章通过管道断丝实时监测SoundPrintAFO系统及电磁法探测,结合开挖揭露、物探成果、地质水文、试验检测等方面对大口径PCCP管道损坏形式和成因进行分析。有助于延长PCCP管道安全运行期限,也可为今后的管道设计、施工、运行维护提供参考依据。

PCCP管道阴极保护及腐蚀环境监测系统的设计和应用研究

辽宁省大伙房水库输水(二期)工程,是辽宁省最大规模使用大口径PCCP管道的线性工程。文章以此工程为例,介绍了直埋预应力钢筒混凝土管(PCCP)阴极保护及腐蚀环境监测系统设计和应用情况。该系统可以持续监测PCCP管道的阴极保护电位、钢筋腐蚀速率和腐蚀情况等参数。通过及时评估监测结果可以预知PCCP管道腐蚀情况,从而避免应力腐蚀对输水管道的破坏,确保阴极保护和防腐措施的可靠性,可为同类工程提供借鉴。

长距离大口径PCCP输水管道量化安全风险评价技术的研究与应用

PCCP管道的量化安全风险评价技术是基于水动力模型、安全风险矩阵分析法、层次分析法及极限分析法等多种方法复合形成的综合评价方法。文中以辽宁省某大型管道输供水工程为例,创新使用PCCP管道的量化安全风险评价技术对工程进行安全风险评价,得出的经验和结论可为相关工程提供参考。

PCCP断丝破坏规律Ⅰ:原型试验研究

目前断丝是预应力钢筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe, PCCP)结构性能评估时考虑的主要因素。由于砂浆对钢丝的握裹作用,断丝预应力损失的初始范围、扩展时机和扩展幅度是研究管芯预压应力保有量的关键指标。本文基于分布式光纤传感器,考虑了3类荷载作用下2类断丝的影响,对4根相同设计参数的PCCP进行了断丝直到破坏的原型试验研究。在恒定内压下集中与离散断丝、循环内压下离散断丝以及恒定外压下集中断丝试验中,管体破坏时的极限断丝数(率)分别为60(19.8%)、185(61.1%)、140(46.2%)和150(49.5%)。试验获得了不同工况下管体破坏过程中各层材料初始损伤和管体最终破坏时对应的断丝数量,揭示了管芯的预应力损失和破坏规律,展现了断丝PCCP结构性能评估时应注意的关键因素,为开发断丝破坏过程的数值模拟方法提供了依据。

基于有限元模拟的分布式光纤监测PCCP断丝可行性研究

作为预应力钢筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe, PCCP)常见的一种结构破坏形式,断丝的发生会对管体结构的承载能力产生很大的影响。通过某调水工程为原型建立了埋地PCCP的“石-土-管”有限元模型;通过改变断丝数量及断丝位置,分析了不同断丝工况下管体表面应变的变化规律;以有限元计算结果为光纤测值,结合现有分布式应变光纤传感技术的测量精度和空间分辨率,分析了采用分布式光纤应变传感技术监测PCCP断丝的可行性。结果表明:当PCCP发生常见断丝情况时,断丝区表面产生的应变较未发生断丝区域有明显变化,且当断丝数量达到3根及以上时,PCCP表面产生的应变变化均大于2με,且随断丝数量的增加,应变也逐渐增大,即利用目前已有的长距离分布式光纤监测技术对其进行监测在理论上是可行的,可为实际工程中PCCP断丝的分布式光纤监测设计提供指导。

一种融合Φ-OTDR和MZI的PCCP断丝监测系统

设计了一种融合相位敏感型光时域反射计(Φ-OTDR)和马赫-曾德尔干涉仪(MZI)的预应力钢筋混凝土管(PCCP)断丝监测系统。通过引入优化的IQ解调算法,减少了40%以上的数据运算量。实验结果证明该系统的单端测量距离不低于20 km,频率响应不低于20 kHz,空间定位误差在±2 m以内,具备长距离定位断丝故障和分辨振动事件特征频率的能力,为PCCP的全生命周期在线结构健康监测提供了一种可靠的技术手段。

基于原型试验的输水工程PCCP断丝信号智能识别与分析方法

在引调水工程中,钢丝断裂易导致预应力钢筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe,PCCP)出现结构破坏和功能失效。本研究通过智能学习模型分析原型试验信号特征并判别断丝类型。采用内径3.4 m,长度5 m埋置式PCCP开展断丝原型试验,利用分布式光纤传感器分别对切割断丝、腐蚀断丝和敲击噪声信号进行实时监测,并基于短时傅里叶变换和深度学习模型重构断丝信号,最终利用支持向量机建立了断丝信号识别模型。以Inception-ResNet-v2重构信号的断丝识别模型最低和最高准确率分别为92.9%和100%,之后利用t-SNE证明了信号重构的有效性。本研究结合不同智能学习方法实现了PCCP断丝类型的有效判别,为其长期运行断丝监测及预警分析提供了新的手段。

大口径PCCP断丝加固技术工程应用和效果评价

针对埋地预应力钢筒混凝土管(PCCP)的断丝现象,介绍了常用的三种加固方案,即在断丝管节内壁粘贴碳纤维片材、对断丝管节进行体外预应力加固以及更换断丝管节进行修补加固。为了验证这些加固技术的应用效果,对断丝管节加固前后的断丝数据及冬、夏季典型时段断丝数据进行了分析,并对加固方案效果进行了评价。结果表明:碳纤维加固不能显著减少断丝的持续发生;体外预应力加固效果明显,可基本解决断丝的发生,是相对可靠的断丝管节加固技术;更换断丝管节需耗费大量的人、财、物,适用于管线应急修复。

PCCP管道工作性态的高性能仿真研究

为了快速有效的对PCCP管道结构状态进行了安全分析评估,预防管道发生破坏,消除工程安全隐患,本文基于高性能仿真计算的安全裕度分析方法用来评估PCCP管道的工作性态,以新疆生产建设兵团农二师38团建管局ST灌区的管道工程为例列举了管道结构状态安全评估材料参数及典型工况,研究计算了6种规格的PCCP管道预应力钢丝完好、断丝、管芯混凝土轴向开裂、断丝+管芯混凝土轴向开裂等工况,并对管道进行了安全分级。该方法汲取了AWWA推荐方法的基本思想,更易于理解和操作。

预应力钢筒混凝土管(PCCP)研究进展

预应力钢筒混凝土管(PCCP)因其高强度、高抗渗性、高密封性、耐久性好和维护费用低等优点,已经是长距离输调水工程中的首选管材。但是随着使用年限的增加,会出现断丝、渗漏、爆管等风险,一旦发生事故,直接威胁城市供水安全,也会造成巨大的经济损失和社会负面影响。为了更好地促进PCCP技术创新与进步,从结构设计与分析方法、试验方法、安全影响评价、健康监测检测与除险加固、BCCP的研发与使用等5个方面综述了国内外学者对PCCP的研究进展,并针对预应力高强钢丝、砂浆保护层、管身防龟裂老化、管芯混凝土的浇筑方式、全寿命智能监测平台、生产技术水平等方面进行了研究展望,以期促进PCCP技术进步与行业的健康发展。

PCCP插口环与钢筒焊缝微渗漏处理工艺研究

针对PCCP插口环与钢筒焊缝微渗漏处的问题,采用内角焊缝焊接+高压注胶+内缝填充+涂刷聚脲封面的综合处理工艺,对微渗漏问题进行了有效处理。整体水压试验及长期运行效果均表明,该工艺处理效果较理想。

西江引水工程大口径PCCP管道接口漏水的非开挖修复方法

以广州市西江引水工程为研究对象,结合工程实际情况,对大口径PCCP管与钢管接口漏水的修复进行设计和实践,阐述了修复设计思路及施工的具体步骤和过程,可为类似工程提供借鉴。

基于QC活动提高PCCP管安装一次合格率的措施

企业要在激烈的建筑市场竞争中取胜,需要依靠全员的共同努力,而质量管理小组是实现全员参与质量改进的有效形式。通过开展小组活动提高了全体职工的质量管理意识,创新管理模式和方法,调动了基层员工的主动性和创造性,促进了工程建设质量改进、能耗降低、绩效提升。以为引汉济渭工程为实例,开展提高大管径PCCP管安装一次验收合格率小组课题,通过现状调查,数据分析等步骤确定了小组活动预定的目标,以开展QC小组活动的模式找到影响一次验收合格率的主要要因,通过活动前后对比提高了PCCP管安装一次验收合格率,加速了工程进度,降低了经济成本,赢得了良好的社会效益。