PCCP受载响应全过程有限元分析

基于陕西杨凌供水工程,建立预应力钢筒混凝土管(PCCP)的三维非线性有限元模型,研究了PCCP在全寿命各个阶段的受力特性和结构性能,得到PCCP各阶段应力状态和裂缝开展的规律。分析结果表明:(1)缠丝后由于管芯在预应力作用下的收缩变形,钢丝可能发生4%的预应力损失;(2)在预应力作用下管芯混凝土全截面受压,最大压应力在管道内侧,且由内到外线性递减;(3)在土荷载和管道自重作用下,砂浆层出现裂纹,管道发生椭圆形变形,在内水压力作用下,管道有外扩的趋势。

PCCP受载响应分析中三种预应力施加方法的比较研究

本文重点开展PCCP受载响应分析中三种预应力模拟施加方法的比较研究。将等效荷载法、等效降温法和缠丝模型这三种PCCP的预应力模拟施加方法应用于南水北调中线4m内径的埋置式PCCP,模拟施加其预应力场,并对其进行受载响应的数值模拟分析,还对该PCCP进行了原型压力试验,并将试验结果与计算结果进行综合对比分析。结果表明,计算结果与试验吻合较好,均能反映PCCP的受载响应规律;但等效荷载法不能考虑钢丝的刚度贡献和承载作用,给出的PCCP的起裂荷载和爆管荷载偏低;等效降温法不能反映钢丝的实际应力应变状态;缠丝模型不仅能考虑钢丝刚度贡献和承载作用,反映钢丝的实际应力应变状态,还能描述钢丝与其余部件的相互作用,具有更好的适用性。说明今后更适合以缠丝模型作为PCCP数值模拟分析的基础,进一步对PCCP的断丝响应以及结构安全性进行深入研究。