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发布时间:2020-01-06 00:00:00
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缠丝过程中PCCP管芯变形的试验研究与数值模拟
Experimental study and numerical simulation on pipe core deformation of PCCP during wire-wrapped process
2025年第2期
预应力钢筒混凝土管(PCCP);管芯缠丝;环向变形;纵向变形;原型试验;数值模拟
Prestressed concrete cylinder pipe(PCCP); Wire-wrapped of pipe core; Circumferential deformation; Longitudinal deformation; Prototype test; Numerical simulation
2025年第2期
10.19761/j.1000-4637.2025.02.047.06
水利部重大科技项目(SKS-2022111);陕西省自然科学基础研究计划——引汉济渭联合基金项目(2019JLZ-14)。
窦铁生1,董晓农1,*,赵 磊2,程冰清1,董 鹏3,李炎隆4,宁靖华5,黎康平4
1.流域水循环模拟与调控国家重点实验室,中国水利水电科学研究院,北京 100038;2.山西西龙池抽水蓄能电站有限责任公司,山西 忻州 030500;3.陕西省引汉济渭工程建设有限公司,陕西 西安 710010;4.西安理工大学 西北旱区生态水利国家重点实验室,陕西 西安 710048;5.中国电建集团山东电力管道工程有限公司,山东 济南 250117

窦铁生1,董晓农1,*,赵 磊2,程冰清1,董 鹏3,李炎隆4,宁靖华5,黎康平4

窦铁生,董晓农,赵磊,等.缠丝过程中PCCP管芯变形的试验研究与数值模拟[J].混凝土与水泥制品,2025(2):47-52.

DOU Tiesheng, DONG Xiaonong, ZHAO Lei,et al.Experimental study and numerical simulation on pipe core deformation of PCCP during wire-wrapped process [J].China Concrete and Cement Products,2025(2):47-52.

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摘   要:预应力钢筒混凝土管(PCCP)在管芯缠丝时,管芯内表面有时会出现环向裂缝。通过在PCCP管芯生产过程中植入光纤光栅传感器,测量了管芯缠丝过程中钢筒的环向应变、管芯内表面的环向和纵向应变,并进行了有限元数值模拟,揭示了管芯缠丝变形的普遍规律。基于此,提出了降低管芯纵向应变峰值的改进方案。研究成果可为PCCP设计和缠丝过程改进提供参考。 Abstract: During the wire-wrapped process of prestressed concrete cylinder pipe(PCCP), circumferential cracks sometimes appear on the inner surface of the pipe core. By implanting fiber optic grating sensors in the pipe core during the production process of PCCP, the circumferential strain of the steel cylinder, the circumferential and longitudinal strains of the inner surface of the pipe core during the wire-wrapped process of pipe core were measured, and the finite element numerical simulations were conducted to reveal the general laws of wire-wrapped deformation of pipe core. Based on this, an improved scheme was proposed to reduce the peak longitudinal strain of the pipe core. The research results can provide a reference for the design and improvement of the wire-wrapped process in PCCP.
英文名 : Experimental study and numerical simulation on pipe core deformation of PCCP during wire-wrapped process
刊期 : 2025年第2期
关键词 : 预应力钢筒混凝土管(PCCP);管芯缠丝;环向变形;纵向变形;原型试验;数值模拟
Key words : Prestressed concrete cylinder pipe(PCCP); Wire-wrapped of pipe core; Circumferential deformation; Longitudinal deformation; Prototype test; Numerical simulation
刊期 : 2025年第2期
DOI : 10.19761/j.1000-4637.2025.02.047.06
文章编号 :
基金项目 : 水利部重大科技项目(SKS-2022111);陕西省自然科学基础研究计划——引汉济渭联合基金项目(2019JLZ-14)。
作者 : 窦铁生1,董晓农1,*,赵 磊2,程冰清1,董 鹏3,李炎隆4,宁靖华5,黎康平4
单位 : 1.流域水循环模拟与调控国家重点实验室,中国水利水电科学研究院,北京 100038;2.山西西龙池抽水蓄能电站有限责任公司,山西 忻州 030500;3.陕西省引汉济渭工程建设有限公司,陕西 西安 710010;4.西安理工大学 西北旱区生态水利国家重点实验室,陕西 西安 710048;5.中国电建集团山东电力管道工程有限公司,山东 济南 250117

窦铁生1,董晓农1,*,赵 磊2,程冰清1,董 鹏3,李炎隆4,宁靖华5,黎康平4

窦铁生,董晓农,赵磊,等.缠丝过程中PCCP管芯变形的试验研究与数值模拟[J].混凝土与水泥制品,2025(2):47-52.

DOU Tiesheng, DONG Xiaonong, ZHAO Lei,et al.Experimental study and numerical simulation on pipe core deformation of PCCP during wire-wrapped process [J].China Concrete and Cement Products,2025(2):47-52.

摘要
参数
结论
参考文献
引用本文

摘   要:预应力钢筒混凝土管(PCCP)在管芯缠丝时,管芯内表面有时会出现环向裂缝。通过在PCCP管芯生产过程中植入光纤光栅传感器,测量了管芯缠丝过程中钢筒的环向应变、管芯内表面的环向和纵向应变,并进行了有限元数值模拟,揭示了管芯缠丝变形的普遍规律。基于此,提出了降低管芯纵向应变峰值的改进方案。研究成果可为PCCP设计和缠丝过程改进提供参考。

Abstract: During the wire-wrapped process of prestressed concrete cylinder pipe(PCCP), circumferential cracks sometimes appear on the inner surface of the pipe core. By implanting fiber optic grating sensors in the pipe core during the production process of PCCP, the circumferential strain of the steel cylinder, the circumferential and longitudinal strains of the inner surface of the pipe core during the wire-wrapped process of pipe core were measured, and the finite element numerical simulations were conducted to reveal the general laws of wire-wrapped deformation of pipe core. Based on this, an improved scheme was proposed to reduce the peak longitudinal strain of the pipe core. The research results can provide a reference for the design and improvement of the wire-wrapped process in PCCP.

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(1)原型试验结果表明,缠丝过程中管芯内表面在纵向先受压后受拉,各测点的拉应变峰值最大值为148με,最小值为66με,大部分测点的拉应变峰值最大值约为100με。管芯环向受压,管芯内表面环向应变测试值的离散性较大,最小约为-300με。钢筒外表面环向应变的规律性明显,最小约为-265με。
(2)建立的缠丝过程中PCCP管芯变形的数值模拟具有较高的精度,可通过数值模拟方法揭示管芯缠丝变形的普遍规律。对于管芯环向变形,缠丝位置低于测点0.5m时环向压应变就开始降低,直到缠丝位置高于测点1.0 m时测点的环向压应变停止降低。对于管芯纵向变形,缠丝位置到达测点前管芯先受压后受拉,缠丝位置到达测点后管芯拉应变继续升高,随后降低,最后保持稳定。
(3)基于管芯纵向变形规律提出的缠丝变形改进方案,即缠丝前在插口端施加2 MPa纵向压力,可减轻甚至消除缠丝过程中管芯产生的纵向拉应变峰值。

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窦铁生,董晓农,赵磊,.缠丝过程中PCCP管芯变形的试验研究与数值模拟[J].混凝土与水泥制品,2025(2):47-52.

DOU Tiesheng, DONG Xiaonong, ZHAO Lei,et al.Experimental study and numerical simulation on pipe core deformation of PCCP during wire-wrapped process [J].China Concrete and Cement Products,2025(2):47-52.

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