PCCP砂浆保护层强度取值及开裂控制条件的研究和探讨

摘要：分析了中美两国PCCP设计标准中关于砂浆强度取值以及开裂控制条件的一些规定，并基于ABAQUS有限元分析软件，模拟和研究了PCCP在安装和运行过程中砂浆保护层的力学响应机理，依据计算结果对设计标准中存在的问题进行了探讨。结果表明，目前设计中采用砂浆的抗压强度作为砂浆强度的设计值，高估了PCCP砂浆的承载能力，同时，设计标准中控制砂浆层开裂验算中的应变限值过高，导致砂浆保护层容易产生裂缝这一现象被忽视，容易导致由设计缺陷造成的PCCP结构失效和破坏。

Abstract: The strength and cracking control strain limits of mortaring coating in PCCP in both AWWA standard and Chinese specification were discussed and the structural behavior analysis of mortar coating was conducted based on the ABAQUS FEM software. The comparison of simulation results and design standard shows the strength of mortar in the present design overestimates the capability of mortar coating in PCCP, as well as the strain limits of cracking control are too high so that some crackings are usually neglected. Therefore, the structural failure of PCCP caused by design defect might happen.

关键词:

预应力钢筒混凝土管；砂浆保护层；强度；开裂控制

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（1）PCCP设计中，采用不同的砂浆强度代表值对结构的应力应变响应有较大的影响，具体体现在砂浆层塑性应变的分布情况、管腰附近的应力重分布机理以及防止砂浆层开裂的应变限值大小等方面。目前设计中采用砂浆的立方体抗压强度作为砂浆强度的设计值，高估了PCCP砂浆的承载能力，导致砂浆层中可能已经出现的塑性损伤等被忽视，增大了结构潜在的失效风险。

（2）不论是中国标准还是美国标准，PCCP设计时砂浆层控制开裂验算中应变限值过高，数值分析结果表明，实际承载的结构砂浆层最大应变远达不到该限值，这就导致验算总是通过，忽视了PCCP砂浆保护层容易产生裂缝的客观实际，导致PCCP管线在实际运行过程中出现较多结构失效破坏现象。

（3）有必要通过进一步的试验研究，确定符合实际的PCCP砂浆强度设计值和砂浆层出现裂缝的临界应变，对现有的设计方法进行修正，以提高设计的安全性与合理性，防止因设计方法缺陷造成的PCCP结构失效和破坏。

（4）未来应进一步研究PCCP保护层的材料，使其能够满足全寿命周期服役条件下的强度和变形要求，避免保护层开裂情况的出现，构筑起预应力钢丝锈蚀防护的有效屏障。

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PCCP砂浆保护层强度取值及开裂控制条件的研究和探讨

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