解析预应力钢筒混凝土管管材抗裂外压检验荷载及抗裂检验内压计算

通过对《给水排水工程埋地预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管道结构设计规程》(CECS 140)的深入理解,结合工程施工实际情况,以《预应力钢筒混凝土管》(GB/T 19685)、《预应力钢筒混凝土管设计标准》(ANSI/AWWA C304)两个标准为依据,通过对管材基本数据的各项运算,对PCCP管抗裂内、外压检验荷载计算进行了解析,简单、直接,方便运用。

对GB/T19685—2005《预应力钢筒混凝土管》中PCCP抗裂内、外压检验荷载公式的几点认识

通过对国标GB/T 19685—2005《预应力钢筒混凝土管》中PCCP抗裂内、外压检验荷载公式的分析,修改了抗裂内压检验荷载公式中的个别参数,整理出了新的抗裂内、外压检验荷载公式,并举算例进行了对比计算,提出了对公式使用的几点认识。

管芯外侧带有纵向裂缝PCCP管体承载能力的试验研究

通过对管芯外侧带有纵向裂缝的PCCP(覫2000mm和覫4000mm)进行实体试验,研究其承载能力及其破坏过程。试验结果表明,对于覫2000mm的PCCP,当试验荷载达到1.4倍的设计开裂荷载时,管壁内侧未出现新的可见裂缝;对于覫4000mm管的试验,加压到1.3倍设计开裂荷载时,管底内侧出现新的纵向裂缝;当继续加载时,管体原有裂缝长度增长加宽,与正常完好管试验的开裂位置一致,并在管顶内侧和承插口附近均出现新裂缝,但没有明显降低管体整体的承载能力,不影响正常使用。

超大口径预存裂缝的预应力钢筒混凝土管结构分析与试验研究

针对南水北调工程中预应力钢筒混凝土(PCCP)管芯混凝土预存裂缝问题,通过对原型管道的抗裂外压承载力试验,探讨了预存管芯外壁纵向裂缝对承载力的影响,分析了混凝土管的受力特性。试验结果表明,PCCP在抗裂外压检验荷载下,其破坏主要发生在管顶、管底内侧管芯混凝土和管腰外侧砂浆保护层的受拉破坏。基于ABAQUS有限元分析,选用混凝土塑性损伤模型,对PCCP抗裂外压试验进行结构数值模拟,数值计算与试验结果一致。计算结果表明,管芯混凝土预存裂缝对PCCP抗裂外压极限荷载影响不大,但在外载作用下,预存裂缝会对混凝土、砂浆保护层出现应力集中现象,从而导致裂缝的发生与扩展。

南水北调超大钢筒混凝土管道结构安全评估

我国从2006年开始首次把直径4 m的超大预应力钢筒混凝土管道(简称PCCP)用于南水北调中线京石段供水工程中.基于PCCP结构安全使用100年的要求,针对南水北调中线PCCP项目遇到的管芯裂缝和预应力松弛等对结构安全影响如何评估的技术难题,采用现场实体管道试验(裂缝PCCP抗裂外压承载力试验、PCCP现场断丝原型试验、预应力钢丝松弛PCCP内水压承载试验)和非线性有限元数值模拟等方法对PCCP结构的承载能力进行了系统分析研究.结果表明:管芯出现一条或少量细小裂纹,不需修补或用水泥净浆涂刷即可;较宽的裂缝,可按规定程序进行修补;出现多条纵向裂缝、或环向裂缝长度超过周长的裂缝、或出现十字交叉裂缝的管芯为废品管.预应力钢丝作为PCCP的主要承载体,应确保钢丝质量,避免断丝.有关部门基于研究结果和提出的工程处置建议,并借鉴国外先进国家PCCP制造厂商经验,对工程中已经出现裂缝的PCCP进行了全方位安全评估,对不满足管芯外表面裂缝控制要求的管道进行报废处理(该工程共计报废35根),以满足工程安全需要;对一些裂缝影响较小的PCCP可用在埋深较浅的地段,从而节省了工程成本.最后阐述了下一步需继续研究的工作.