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。

成型压力对透水混凝土抗压强度和孔隙结构的影响研究

为探究透水混凝土在不同成型压力下的力学性能和孔隙结构,采用图像分析法对透水混凝土的孔隙个数、孔隙等效直径、孔隙率等孔隙特征进行分析处理。结果表明:随着成型压力的不断增大,透水混凝土呈现出孔隙率降低、抗压强度增大、孔隙个数增多、孔隙等效直径减小和孔隙分布更均匀的趋势;透水混凝土的透水系数与孔隙率呈正相关关系,透水系数的大小主要取决于透水混凝土的最小渗透率层。综合分析各因素得出,成型压力为3 MPa的透水混凝土性能更优,此时透水混凝土孔隙分布均匀,孔隙率可达21.23%,透水系数为3.87 mm/s,抗压强度为22.96 MPa。

内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压力学性能

钢管混凝土作为一种发展前景广阔的结构形式,具有较好的承载力和塑性变形能力。矩形钢管混凝土柱作为其中常见的一种形式,在实际工程中的应用较为广泛。该研究基于矩形钢管混凝土在实际应用中存在的长短边约束不一致和对核心混凝土约束不足两个问题,探究一种新型的矩形钢管混凝土构件,即内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱。为此,对11根内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱、2根内置跑道形箍筋的矩形钢管混凝土柱、2根普通矩形钢管混凝土柱开展了轴压力学性能试验,重点分析了并束距、钢管壁厚、混凝土强度等级、箍筋间距、箍筋直径、内置用钢量等重要参数对内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压承载力和延性的影响规律。结果表明:在总用钢量不变的情况下,将矩形钢管的壁厚减薄,并加工成异形箍筋内置于核心混凝土中,能够有效地提高试件的轴压承载力和延性;内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压过程可以分为4个阶段——弹性阶段、弹塑性阶段、塑性强化段、下降段;相比于普通矩形钢管混凝土柱,内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱有更为饱满的塑性强化段。在试验和参数分析结果的基础上,采用已有的约束混凝土本构模型,推导得到内置异形箍筋矩形钢管混凝土柱的轴压承载力计算公式。该研究可为实际工程应用提供科学依据和数据参考。

基于ANSYS的压力钢管及外包混凝土有限元分析

以某供水工程倒虹压力钢管及外包混凝土为研究对象,利用ANSYS软件建立压力钢管、沥青卷材垫层、外包混凝土联合作用的二维有限元模型,进行二维模型在内水压力、外水压力、土压力等荷载下的平面有限元分析。结果表明:最不利的工况为校核工况,并选取校核工况下外包混凝土环向应力最大值出现部位进行配筋计算。结论可为相关工程设计及建设提供有益借鉴。

压力隧洞钢筋混凝土衬砌水-力相互作用分析

在高内部水压力下,混凝土衬砌压力隧道需要铺设钢筋承受破坏.由于水流是通过衬砌到达岩体,需要合理的布置钢筋以最大限度地减少隧道的水量损失.本文利用开发的子程序以评估内部水压力对多孔介质渗透系数变化的影响,分析了衬砌中的钢筋分布对隧道水量损失的影响.为了验证所提出的模型,根据介质的弹性特性对数值解和解析解进行了比较,得到了比较一致的结果.在相同的配筋率下,小直径和小间距的钢筋布置方式的钢筋混凝土衬砌隧道水量损失较小.

落久水利枢纽钢衬钢筋混凝土压力管道结构设计

钢衬钢筋混凝土压力管道是将钢衬和钢筋混凝土两种性能迥异的材料组合在一起受力,而且各取适当的安全度后,要使两者刚巧同时达到破坏而造成毁灭性事故的风险就大大降低了。随着我国对钢衬钢筋混凝土压力管道的计算手段及研究逐步完善,这种型式的压力管道也越来越多地在水利水电工程发电厂房中得到使用。本文详细介绍了广西落久水利枢纽发电厂房半埋式钢衬钢筋混凝土压力管道结构的设计。

混凝土梁桥桥下爆炸压力场分析

为了探索桥下爆炸自由场超压、墩柱反射超压和梁底反射超压的分布规律,对一座两跨混凝土梁桥缩尺模型开展了桥下爆炸试验,并结合数值模拟方法研究了桥下爆炸波传播规律以及爆炸波与T梁和墩柱之间的相互作用.研究结果表明:地面反射条件的改变对爆炸荷载影响显著;实测柱底、柱中和柱顶超压峰值沿柱高分布相对离散,实测T梁底超压时程曲线呈多峰正压.爆炸波传播过程中有马赫波形成;爆炸波遇到T梁梁肋和横隔板会发生反射和绕射,遇到T梁翼板下表面会发生反射,爆炸波传播至墩柱盖梁和T梁相交区域时,传播路径较为复杂,作用时间相对较长.炸药形状对T梁底部超压分布有一定影响,中梁梁肋下表面的超压峰值自爆心向两边呈指数形式衰减;超压峰值沿柱高整体呈减小趋势,柱底、柱中和柱顶迎爆面沿柱周超压峰值整体呈中间大两边小的趋势.

钢波纹板-模袋混凝土支护结构及其在圆形竖井中的应用研究

为探究钢波纹板-模袋混凝土支护结构的施工工艺及其应用效果,通过室内单轴压缩试验研究加压排水工艺对不同养护龄期模袋混凝土强度的影响规律;然后,建立三维有限元数值模拟,开展钢波纹板-模袋混凝土支护结构第2阶段现场工艺试验,验证其结构和工艺的可行性及工程效果。结果表明:1)加压排水工艺可以显著提升模袋混凝土的早期抗压强度,轻质量模袋在加压排水中对模袋混凝土抗压强度的提升效果最佳;2)模袋混凝土能够有效地填充钢波纹板与开挖面间的空隙,模袋有助于混凝土气体与水分的排出,从而缩短凝固成型时间;3)混凝土灌注过程对钢波纹板受力影响轻微,各块波纹钢构件在工作状态下均匀受力;4)类似工程中推荐应用轻质量的涤纶长丝纺粘针刺非织造土工布模袋。

超深埋隧洞防渗排水措施与衬砌外水压力分布规律

高外水压力是制约超深埋水工隧洞建设的关键性难题之一,以排水孔为中心的综合堵排措施是降低外水压力的主要举措。为克服传统排水孔实体单元法整体网格划分难度大和计算效率较低的问题,首先,基于ABAQUS平台开发了两节点排水孔线单元模型,并验证其在隧洞工程数值模拟分析中的正确性和有效性;其次,建立了考虑防渗排水措施的围岩-衬砌三维有限元模型,研究多种防渗排水措施下的隧洞渗流场及衬砌外水压力分布规律;最后,探讨了防渗灌浆圈与排水孔设计参数对外水压力分布的影响,提出了防渗灌浆圈与排水孔间隔布置的原则。研究结果表明:所开发的两节点排水孔线单元具有较高的精度,在排水孔数目繁多的模型中具有极高效率;排水孔数目越多、深度越大、排距越小,衬砌外水压力越低;排水孔能够有效降低衬砌的外水压力,而防渗灌浆圈降外压能力有限;在排水孔末端间隔一定厚度围岩后再施作防渗灌浆圈,可更有效发挥两者的降压作用。

混凝土泵送管道压力试验与分析

采用试验获取了混凝土泵送过程中泵送管道控制截面的应变数据,通过计算得到了混凝土泵送时管道的环向应力和轴向应力及管道内壁压力,分析了管道应变、应力和泵送压力损失的变化规律。研究结果表明:混凝土泵送管道的环向和轴向应力随泵压的增大而增大,且随着管道的延伸,泵送压力会发生损失。混凝土正常泵送时管道以环向应力为主,同一截面处环向应变约为轴向应变的2~4倍;弯管处存在应力集中现象,弯管段压力损失较直管大,1 m弯管段引起的压力损失值约为5.5 m直管段引起的压力损失值。研究成果为实时掌握混凝土的泵送状态提供了参考。

不同应变率下铅锌尾矿砂混凝土动态抗压力学性能试验研究

为了研究铅锌尾矿砂对混凝土动态抗压强度的影响,利用直径为100mm的分离式霍普金森压杆试验系统对尾矿砂掺量分别为0%、20%、40%、60%的铅锌尾矿砂混凝土试件进行动力压缩试验,对铅锌尾矿砂混凝土的动态抗压力学性能进行分析。结果表明:铅锌尾矿砂混凝土是一种典型的应变率敏感性材料,其动态抗压强度和极限应变均随着应变率的增大而增加;铅锌尾矿砂混凝土的应变率敏感性较普通混凝土的低,其碎块平均尺寸的应变率敏感性低于普通混凝土;不同尾矿砂掺量的混凝土动态抗压强度不同,随着掺量的增大呈现先上升后下降的变化趋势,掺量为20%左右时,动态抗压强度最高。通过使用离散元软件模拟掺量为20%组试件在不同应变率下的破坏情况,发现模拟出来的结果与试验结果能较好地吻合。

CO_(2)养护压力对植生混凝土碱度及力学性能的影响

本文研究了植生混凝土的碱度及力学性能随CO_(2)养护压力的变化规律,并结合X射线衍射定量相分析(XRD-QPA)、热重分析(TGA)及扫描电子显微镜(SEM)等方法,探讨了CO_(2)养护压力对反应速率及产物生成的影响。结果表明:增大CO_(2)养护压力可提高硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C_(2)S)及氢氧化钙(CH)的碳化速率,同时可快速生成碳化致密层,有利于延缓CH的生成与溶出;碳化反应生成的碳酸钙(CaCO_(3))及水化硅酸钙(C-S-H)凝胶增大了水泥石密实度,可有效提升植生混凝土的抗压强度。与常压CO_(2)养护相比,在CO_(2)养护压力为0.3 MPa的条件下养护1 h,植生混凝土3 d抗压强度提高了72.8%,28 d抗压强度提高了4.8%,28 d的pH值由11.4降低至8.2。适度提高CO_(2)养护压力对植生混凝土降碱和增强效果良好。

压力养护钢管混凝土的力学性能和微观结构

利用自制加压装置对不同强度等级和尺寸规格的10个钢管混凝土试件进行压力养护,研究了养护压力和持续时间对试件轴压强度、应变和破坏特征的影响,分析了水化产物发育、孔结构和微裂纹结构的发展情况.结果表明:压力养护促使体系更加致密,能够抑制微裂纹形成和发展;水化产物结晶发育良好,可填充孔隙结构,提高混凝土自身强度;当压力传导至钢管时使其产生环向拉伸应变,核心混凝土终凝后,钢管收缩对其产生预压应力,两者协同增强,从而提高了试件的轴向承载力.

天然气爆炸载荷作用下钢筋混凝土板毁伤试验研究

为研究天然气爆炸压力积聚作用下钢筋混凝土板的毁伤规律,搭建9.8 m^(3)半地下式气体爆炸加载装置,对两种厚度(80 mm、100 mm)、3种强度(C30、C40、C50)的钢筋混凝土板进行当量甲烷爆炸加载下的毁伤试验研究,获得爆炸空间中准静态压力、钢筋混凝土板面外位移、等效应变等分布特征。研究结果表明:封闭空间中,爆炸压力积聚与板体开裂泄压作用下,爆炸准静态压力出现振荡特征;等效应变与裂纹特征一致,呈对称Y型分布,且等效应变具有明显的双峰和三峰特征;两种厚度的钢混板具有显著不同的破坏模式,80 mm厚度时钢筋结构保持完整,混凝土破裂飞散,发生局部混凝土冲切破坏,100 mm时在固接处发生断裂,混凝土板整体抛出,产生大面积钢筋混凝土复合体冲切破坏。

基于数值模拟的新拌混凝土竖直泵送流动行为

借助数值模拟研究了3种流动性的混凝土在竖直向上泵送时的管内流动行为,分析了混凝土内部压力和流速的分布规律.结果表明:泵送压力主要受润滑层性质的影响,其纵向分布与管壁阻力沿程变化规律有关,截面中心的泵送压力略高于管壁处;混凝土在管内的流动存在“前进—扩散—滞留堆积—汇聚”的行为特征,并据此分析了润滑层的形成和粗骨料的迁移,解释了泵送离析和堵管的原因.

超高现浇混凝土剪力墙施工关键技术研究

剧场建筑中的舞台塔是由四面混凝土剪力墙围合而成的塔筒形高大空间,是舞台机械安装、运行与演员演出的重要场所,剪力墙墙体高度可达50~60 m,墙体两侧最大临空高度接近40 m。两侧无楼板支撑的超高临空剪力墙,在施工操作平台搭建、模架体系选型与安装、混凝土浇筑等方面均具备了较高的实施难度与一定的安全、质量风险。通过对技术方案选择中遇到的安全、工期、经济、质量等因素进行分析,对如何从各类剧场案例中吸取经验,优化方案选择,采用多排脚手架技术方案安全、经济、高效地完成施工作业进行了详细论述。同时深入研究了混凝土浇筑高度、模架计算关键参数选择与脚手架抗侧力问题、混凝土流动性与侧压力的关系等关键技术问题,给出了合理建议、解决方案与技术改进方向。

大断面类矩形顶管注浆压力对管节损伤的影响分析

为探究大断面矩形顶管注浆压力波动及其控制边界难以确定的实际问题,依托南京某大断面类矩形顶管工程,借助理论分析、工程类比和数值模拟等方法,研究了顶板和侧壁局部憋压工况下,大断面类矩形管节结构的变形和损伤机制。通过分析矩形顶管管节受力特征,计算了大断面类矩形管节承受的外荷载,并采用ABAQUS有限元数值模拟软件内置的混凝土损伤塑性模型进行数值建模,研究不同注浆压力作用下钢筋混凝土管节损伤演化机制。结果表明:(1)注浆荷载作为可变荷载,对管节受力有明显影响,应将注浆压力纳入管节设计环节;(2)针对该工程,其理论注浆压力为0.311 MPa,考虑抑制背土效应的需要,应适当提高注浆压力,但必须控制在合理范围内;(3)从损伤演化的角度来看,注浆荷载达到0.6 MPa时,管节顶板的拉伸损伤已达到较高水平,因此,将0.6 MPa作为该工程的注浆压力预警指标,而0.9 MPa应作为注浆压力的控制指标。

变幅反复荷载作用下变形钢筋与混凝土间的黏结退化

反复荷载下钢筋与混凝土间的黏结滑移本构模型是震后钢筋混凝土结构整体性能评估及加固修复的重要依据。由于黏结应力主要由变形钢筋与混凝土间的机械咬合力所组成,黏结区域侧向约束状态会对其黏结性能产生影响。基于此,研究了在侧向压力作用下变幅反复荷载对钢筋与混凝土黏结性能的影响,定量分析了黏结参数随变幅反复荷载的退化规律,并利用数字图像技术分析了钢筋与混凝土间的黏结破坏机理。研究表明,在混凝土保护层充分约束条件下,钢筋与混凝土间的黏结退化主要与反复荷载控制位移有关,而侧向压力对其影响可忽略。

中国PCCP开拓者的奋斗长歌——中国电建集团山东电力管道工程有限公司高质量发展纪实

这是一家有着65年历史,至今依然生机焕发的老牌国有企业;这也是35年前首家从美国引进预应力钢筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe,PCCP)并持续推动该产业在中国落地生根、开花结果、从无到有、从追赶到引领的中国企业。如今,她的产品涵盖了从东到西、从南到北几乎所有的重点输引水工程。她就是中国电建集团山东电力管道工程有限公司(以下简称“山东电力管道”)。

大口径预应力钢筒混凝土管(PCCP)环向裂缝处理

随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快,城市供水量需求不断增长。为了缓解日益紧张的水资源供需矛盾,提高输水效率、降低能耗是解决问题的有效途径之一。在此背景下,大口径预应力钢筒混凝土管(PCCP)以其诸多优点而被广泛应用于给排水工程中。然而由于制造工艺、原材料变化及养护环境等原因,PCCP管道内壁有时会产生环向裂缝。本文通过理论分析与试验验证相结合的方式对PCCP管道环向裂缝成因及其影响因素展开系统深入地探讨,并针对不同类型环向裂缝分别采取合理可行的修复措施。通过有效的PCCP环向裂缝检测、诊断和处理技术是城市供水系统可持续发展的重要保障。