大口徑埋地管道結構分析與安全評價研究.pdf

1、隨著我國現(xiàn)代化建設的快速發(fā)展，預應力鋼筒混凝土管(PCCP)在長距離輸水工程以及城市管網中得到普遍應用。超大口徑、超高工壓和超深覆土使得PCCP的制造、安裝和運行受到諸多挑戰(zhàn)，本文針對超大口徑PCCP全壽命周期服役中的典型力學行為進行研究，揭示了PCCP插口內壁環(huán)裂形成機理及相關抗裂措施、全壽命復雜荷載下結構響應、三種不同斷絲效應下管道極限承載能力和失效模式。主要研究內容包括以下四個方面：
　?。?）建立PCCP三維非線性有限元模

2、型，模擬管道在制作、吊運以及堆放過程中的典型受力工況，獲得了管道的力學響應和損傷演化行為。揭示了超大口徑PCCP插口環(huán)裂的形成機理：管芯在纏繞預應力鋼絲時，因插口端管芯受壓變形向外翻產生附加縱向彎矩，當附加彎矩值超過管芯截面的抗彎能力臨界值，管芯內壁混凝土被拉伸破壞產生裂縫。
　　（2）根據(jù)PCCP插口端內壁混凝土環(huán)裂產生機理，從管道結構設計出發(fā)，提出了PCCP插口內壁混凝土的抗裂措施。針對兩種抗裂措施分別建立了PCCP的三維非線

3、性有限元模型，模擬了管道生產中的典型受力情況，分析了管道的應力和變形規(guī)律，并與無抗裂措施的管道進行了對比。
　　（3）以某供水工程為背景，基于非線性有限元理論，建立PCCP的三維非線性管土有限元模型，對超大口徑高工壓PCCP從生產制造、開挖、安裝、回填、地下水作用及正常運行等全壽命過程進行數(shù)值仿真模擬，全面了解PCCP從生產制造到正常使用條件下管體的受力變形特點，分析了管道在正常工作荷載作用下的損傷機理。
　?。?）本文采用