預應力鋼筒混凝土管（PCCP）的有限元分析.pdf

1、在國內，預應力鋼筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe，簡稱PCCP)的數(shù)值仿真分析幾乎為空白，而國外也處于起步階段。本文首次對PCCP管的制造、施工安裝和運行的全過程進行了全方面的數(shù)值仿真分析，從管道裂縫開展、應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管道的影響，這一點填補了國外在這方面研究的不足。 (1)計算步驟與分析內容。依次施加預應力、管自重、回填土壓、流體自

2、重及內水壓力等荷載進行數(shù)值計算。分析了PCCP管的變形、應力、裂縫、開裂前后應力變化特征以及徐變效應。 (2)PCCP管的變形。在鋼絲的緊箍作用下首先發(fā)生收縮，內水壓力作用之前，發(fā)生橢圓形變形，內水壓力作用過程中，管體膨脹，有恢復圓形的趨勢。 (3)裂縫擴展過程。腰部砂漿較早開裂，隨著內水壓力的增大砂漿開裂面積向兩側擴展；外層管芯混凝土的管腰部位比其它部位較早開裂，并隨著內水壓力的增大開裂向兩側擴展、向深處延伸；內層管芯

3、管頂及包角處基本為一次裂通。 (4)應力變化規(guī)律。內層管芯內、外側及外層混凝土內側環(huán)向應力變化規(guī)律相似，而外層管芯的外側與砂漿保護層相似；預應力使管芯與鋼筒中產生環(huán)向預壓應力，鋼絲中產生軸向拉應力；在回填土壓作用過程中，鋼絲拉應力在管頂、管底減小而在管腰增大，內層管芯及外層管芯內側在管頂、管底處壓應力減小而在管腰處增大，外層管芯外側及砂漿變化過程相反；內水壓力使PCCP管中的拉應力增大，而壓應力減小。 (5)開裂后應力突

4、變現(xiàn)象。管芯裂縫出現(xiàn)后，裂縫處的結構應力都發(fā)生重分配，管芯在裂縫位置拉應力釋放，在靠近裂縫的位置由受壓突變?yōu)槭芾?，而遠離裂縫的位置壓應力突增：鋼絲在管腰突增而在管頂與包角突減；鋼筒在裂縫處拉應力突增，發(fā)揮了鋼材的抗拉性能，充分體現(xiàn)了這種復合管材的優(yōu)越性。 (6)徐變效應。徐變使PCCP管進一步發(fā)生橢圓形變形；同時使結構應力發(fā)生重分布，主要體現(xiàn)在：管芯自身應力重分布，管頂、管底和包角內側以及管腰外側壓應力增大，延后受拉，而其它特征