PCCP受载响应全过程有限元分析.pdf

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1、水利水电技术第45卷2014年第10期PCCP受载响应全过程有限元分析张宏宇，彭华(武汉大学土木建筑工程学院，湖北武汉430072)摘要：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

2、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。关键词：预应力钢筒混凝土管；受载响应；有限元分析；预应力中图分类号：，rV672．2+TU378文献标识码：B文章编号：1000．0860(2014)10—0060．06FiIIiteelement粕alysisonwholeproc嘲ofl衄d-bea血grespo璐eofPCCPZHANGHongyu，PENGHua(CollegeofCivilEn萄neering，Wuh跏University，Wuhan4

3、30072，Hubei，China)Abstmct：BasedonYandingw缸erSupplyPmject，a3Dnonlinearfiniteelememmodelofprestressedconcretecylinderpipe(PCCP)isestablishedherein，andtllenthebe耐ngbehavior粕dstnlcturepe而m锄ceofPCCPatallthephasesofitswholelifearestudied，thusthestressstatusa

4、ndthecIjackinglawataUthephasesofPCCPareobtained．Theanalysisshowsthat：(1)af_ter诵ringoftheprestressedsteelwire，4％prestressinglossoftheprestressedsteel埘repossiblyoccursduetothecontractiondefomationofthepipecoreundertllepresn℃ssingdfect；(2)undertheprestres

5、singe珏．ect，thefmlsectionofthepipecorecon．creteispressurizedalongwitllthemaximumcompressiVestressinsideoft11epipelinethatpresentsalineardecreasingfromthein—sidetotheoutside；(3)undertheefIbctsofboththesoil—loadandtIleself_weightofthepipe，fissuresappearon

6、themortarcoat—ingwiththeovaldefo珊ation0fthepipe，whiletlletrendoftheoumardexp粕sionoftllepipeoccursunderthee雎ctoftheinter-nalwaterpressure．Keywords：prestressedconcretecylinderpipe(fIcCP)；load-be捌ngresponse；6Iliteelementanalysis；prestressPCCP在结构上属于复合管道，在实

7、际运营中各种工程工况引起的PccP结构响应和管体材料的力学特征都十分复杂。目前国内外的研究工作主要集中在探究PCCP结构各个组成部分，如预应力钢丝、水泥砂浆保护层等，在受力或受损情况下的力学特性：zarghamee¨。21研究了PCCP在考虑了水泥砂浆干缩、管道径向拉伸和预应力钢丝径向膨胀引起的预应力松弛三种影响因素下的应力状态以及砂浆保护层剥蚀的力学特征；Weare旧1、mavinasab【4

8、、Ge和Sinha"_61、林钟辉"j、熊欢旧1等均对PCCP预应力损失或钢丝断裂对结构性能的影响进行了

9、研究；张彩秀一J、吴坤雹占‘10

10、、彭寿海‘⋯、张玲‘12]、胡少伟‘B。141等则分别采用有限元的方法对PCCP整体结构的受载响应机理做了不同程度的分析研究。PCCP由于预应力的作用从缠丝之后就开始受力，而这一时期的应力状态也会影响到以后的安装和实际运营阶段。但对这种从管道生产到最终运营全过程PCCP的应力状态变化情况却鲜见报道。为了能对管体实际的受力过程和承载机理有更清晰的认识。全收稿日期：2013．12—26作者简介：张宏宇(1988一)，男，博士研究生。矸幺甜