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发布时间:2020-01-06 00:00:00
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预应力钢筒混凝土管极限内压与损伤机理研究
Investigation on Ultimate Internal Pressure and Damage Mechanism of PCCP
2021年第12期
预应力钢筒混凝土管(PCCP);极限内压;损伤机理;失效模式;安全评价
PCCP; Ultimate internal pressure; Damage mechanism; Failure mode; Safe assessment
2021年第12期
10.19761/j.1000-4637.2021.12.029.06
国家自然科学基金项目(52079024);中央高校基本科研业务费项目(DUT20LAB133);国家重点研发计划项目(2016YFC0802400)。
李海珍1,冯 新1,张 宽1,刘贤良2
1.大连理工大学 建设工程学部,辽宁 大连 116024;2.大连港油品码头公司,辽宁 大连 116000

李海珍1,冯 新1,张 宽1,刘贤良2

李海珍,冯新,张宽,等.预应力钢筒混凝土管极限内压与损伤机理研究[J].混凝土与水泥制品,2021(12):29-33,41.

LI H Z,FENG X,ZHANG K,et al.Investigation on Ultimate Internal Pressure and Damage Mechanism of PCCP[J].China Concrete and Cement Products,2021(12):29-33,41.

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摘   要:通过建立运行期管线及其周围土体的非线性有限元模型,研究了预应力钢筒混凝土管(PCCP)在极限内压荷载下的损伤演化规律。结果表明:管线在工作压力及设计压力荷载下均可安全运行;随内水压力的进一步增加,管芯由受压转变为受拉状态,进而出现(微)裂缝损伤,且材料损伤先在管芯内侧出现,管芯损伤后钢筒应力迅速增加直至达到其屈服强度,达到弹性极限状态;在极限内压下埋地管线内外层材料失效位置不同,但材料损伤均由插口端向管体中部延伸。研究成果可为遭受水锤作用PCCP管线的损伤评价提供参考。 Abstract: The nonlinear finite element model of pipeline was established including its surrounding soil, then the material damage and damage mechanism of the pipeline under the limit internal pressure load were analyzed. The results show that the pipe can operate safely under the working internal pressure and the design pressure in both cases. With increasing of internal water pressure, the concrete core transforms into tension state, and then (micro) crack damage in inner side occurrs first. Due to the material damage of the pipe core, the stress of the steel cylinder increases rapidly until it reaches its yield strength. The damage position of each material is different under the combined loads, however, the damage is both extended from the spigot end to the middle of the pipe. The finding can provide a reference and suggestions for damage assessment of in-service PCCP.
英文名 : Investigation on Ultimate Internal Pressure and Damage Mechanism of PCCP
刊期 : 2021年第12期
关键词 : 预应力钢筒混凝土管(PCCP);极限内压;损伤机理;失效模式;安全评价
Key words : PCCP; Ultimate internal pressure; Damage mechanism; Failure mode; Safe assessment
刊期 : 2021年第12期
DOI : 10.19761/j.1000-4637.2021.12.029.06
文章编号 :
基金项目 : 国家自然科学基金项目(52079024);中央高校基本科研业务费项目(DUT20LAB133);国家重点研发计划项目(2016YFC0802400)。
作者 : 李海珍1,冯 新1,张 宽1,刘贤良2
单位 : 1.大连理工大学 建设工程学部,辽宁 大连 116024;2.大连港油品码头公司,辽宁 大连 116000

李海珍1,冯 新1,张 宽1,刘贤良2

李海珍,冯新,张宽,等.预应力钢筒混凝土管极限内压与损伤机理研究[J].混凝土与水泥制品,2021(12):29-33,41.

LI H Z,FENG X,ZHANG K,et al.Investigation on Ultimate Internal Pressure and Damage Mechanism of PCCP[J].China Concrete and Cement Products,2021(12):29-33,41.

摘要
参数
结论
参考文献
引用本文

摘   要:通过建立运行期管线及其周围土体的非线性有限元模型,研究了预应力钢筒混凝土管(PCCP)在极限内压荷载下的损伤演化规律。结果表明:管线在工作压力及设计压力荷载下均可安全运行;随内水压力的进一步增加,管芯由受压转变为受拉状态,进而出现(微)裂缝损伤,且材料损伤先在管芯内侧出现,管芯损伤后钢筒应力迅速增加直至达到其屈服强度,达到弹性极限状态;在极限内压下埋地管线内外层材料失效位置不同,但材料损伤均由插口端向管体中部延伸。研究成果可为遭受水锤作用PCCP管线的损伤评价提供参考。

Abstract: The nonlinear finite element model of pipeline was established including its surrounding soil, then the material damage and damage mechanism of the pipeline under the limit internal pressure load were analyzed. The results show that the pipe can operate safely under the working internal pressure and the design pressure in both cases. With increasing of internal water pressure, the concrete core transforms into tension state, and then (micro) crack damage in inner side occurrs first. Due to the material damage of the pipe core, the stress of the steel cylinder increases rapidly until it reaches its yield strength. The damage position of each material is different under the combined loads, however, the damage is both extended from the spigot end to the middle of the pipe. The finding can provide a reference and suggestions for damage assessment of in-service PCCP.

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(1)水锤效应导致管道遭受高于工作压力的内水压力,但所考察管道出现材料损伤的极限内压高于其设计压力,说明PCCP具有较强的内压超载能力;以钢筒出现材料屈服为管体弹性极限状态的标志,所研究管线可超载约2倍工作内压。
(2)埋地PCCP遭遇较大内水压荷载时,管芯混凝土内侧与钢筒在管顶及管底部位先发生材料损伤失效,管芯混凝土外侧、预应力钢丝及砂浆层则在管腰处先出现较大应力应变甚至材料损伤,且各层材料损伤均由插口端起向管中部扩展延伸。
(3)管芯混凝土在工作压力和设计压力下处于受压状态;随着内水压力的继续增大,混凝土应变从压应变转为拉应变,进而产生(微)裂缝损伤,且管芯内侧损伤先于外侧出现;当混凝土出现裂缝损伤后,荷载转移至钢筒,引起钢筒应力迅速增加,直至达到其屈服强度。

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李海珍,,张宽,等.预应力钢筒混凝土管极限内压与损伤机理研究[J].混凝土与水泥制品,2021(12):29-33,41.

LI H Z,FENG X,ZHANG K,et al.Investigation on Ultimate Internal Pressure and Damage Mechanism of PCCP[J].China Concrete and Cement Products,2021(12):29-33,41.

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