預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管纏絲過程應(yīng)力分析.pdf

1、近年來，隨著預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（以下簡稱PCCP）在我國的迅速發(fā)展，其已被廣泛應(yīng)用于電力、水利、市政給排水等相關(guān)工程領(lǐng)域，尤其是我國近年來的重點(diǎn)工程——南水北調(diào)工程。自河南省南水北調(diào)中線配套工程開工以來，工程人員發(fā)現(xiàn)PCCP管道在生產(chǎn)、搬運(yùn)、放置以及安裝期間，管芯混凝土表面普遍都產(chǎn)生裂縫。本文結(jié)合南水北調(diào)工程建設(shè)中出現(xiàn)的問題，重點(diǎn)對PCCP管道生產(chǎn)工藝中的鋼絲纏繞這一工序進(jìn)行研究，對鋼絲纏繞過程中管芯混凝土的應(yīng)力變化規(guī)律以及鋼筒螺旋焊縫

2、處搭接臺階應(yīng)力集中等問題進(jìn)行有限元分析，研究其對管芯混凝土裂縫形成的影響。
　　本文總結(jié)了PCCP在國內(nèi)外的發(fā)展以及有關(guān)PCCP管道結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀和研究方法。根據(jù)埋置式PCCP管道的生產(chǎn)工序和特點(diǎn)，結(jié)合相關(guān)的工程生產(chǎn)數(shù)據(jù)，利用ANSYS有限元軟件，建立了PCCP纏絲過程有限元分析模型，模型中充分考慮了不同材料間的協(xié)調(diào)工作以及鋼筒內(nèi)螺旋焊縫的搭接臺階，采用等效荷載法進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的施加，并將整個纏絲過程分解為七個不同的工況（即纏絲位置達(dá)

3、到1m、2m、3m、4m、5m、6m以及纏絲完成水平放置時）進(jìn)行計(jì)算。
　　根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析得到以下結(jié)論：（1）在纏絲過程中鋼筒螺旋焊縫會引起管芯混凝土的應(yīng)力集中，當(dāng)搭接臺階為1.5mm時應(yīng)力集中系數(shù)為1.39，當(dāng)搭接臺階為2.0mm時應(yīng)力集中系數(shù)為1.50；（2）在整個纏絲過程中內(nèi)外層管芯混凝土均會產(chǎn)生徑向拉應(yīng)力、環(huán)向拉應(yīng)力及軸向拉應(yīng)力，其中軸向拉應(yīng)力對管芯裂縫的影響最大，且內(nèi)層混凝土較外層混凝土更易產(chǎn)生裂縫；（3）對于內(nèi)層混凝

4、土來說，鋼絲纏繞至管道的上半段時產(chǎn)生的軸向拉應(yīng)力最大。纏絲過程中最大軸向拉應(yīng)力總是發(fā)生在纏絲處的后方0.4m范圍內(nèi)的焊縫處；（4）內(nèi)外層混凝土環(huán)向應(yīng)力的變化趨勢基本一致，主要表現(xiàn)為壓應(yīng)力，因此纏絲過程不會引起縱向裂縫的產(chǎn)生；（5）纏絲完成后，管道在豎直放置和水平放置狀態(tài)下，內(nèi)外層混凝土的各個拉應(yīng)力都很小，不會引起縱向裂縫和環(huán)向裂縫。由此可見，鋼絲的預(yù)應(yīng)力只有在纏絲進(jìn)行的過程中才可能導(dǎo)致內(nèi)層混凝土環(huán)向裂縫的產(chǎn)生，當(dāng)纏絲完成后，預(yù)應(yīng)力的作用