超大口径PCCP管道结构安全与质量控制研究

简要介绍了国家＂十一五＂科技支撑计划项目＂南水北调中线工程关键技术研究与应用＂课题之一＂超大口径PC-CP管道结构安全与质量控制研究＂课题研究成果,包括PCCP结构安全性关键技术、超大口径PCCP制造关键技术及质量控制标准、安装关键技术及质量控制标准、PCCP阴极保护成套技术、PCCP管道水力特性参数等。研究工作紧密结合PCCP工程的实际情况,课题取得的成果可应用于PCCP工程建设、管理,对我国PCCP相关规范的制定具有指导意义,对PCCP在我国的应用起到推导作用。     

潮河主坝加固抛石体体形测量浅新

据水利部对<密云水库潮河主坝及几座副坝安全加固工程初步设计报告>的批复,在水库正常调节运用条件下,对潮河主坝斜墙上游进行抗震加固.经研究、试验,确定坝前不清淤,在淤泥上直接抛石压坡的加固设计方案.故全面、详细了解淤泥的分布、厚度及淤泥的顶面高程是做好加固设计的基础,如何监测淤泥在施工过程中的变化过程,测量最终形成的施工加固断面,保证设计断面的实施,也是加固工程中的重要环节.本文浅析了水下地形测量,抛石前、后的浅层剖面测量方法及代表性成果.     

南水北调中线PCCP管道的摩阻损失计算分析

在大量收集与分析国内外PCCP管道摩阻损失计算方法的基础上,论述了3个常用摩阻损失计算公式的起源;分析了各公式的适用条件.并以南水北调中线PCCP管道摩阻损失计算为例,给出了采用Hazen-Williams公式和Manning公式计算的误差;解释了误差产生的原因;推荐了计算大口径管道摩阻损失的公式.最后建议南水北调工程4 m直径PCCP管道制造出来后应立即进行水力学试验确定其绝对粗糙度值.     

南水北调中线工程PCCP阴极保护测试探头研究

根据南水北调中线工程PCCP管线阴极保护效果的检测需要,设计研制了专用于PCCP的阴极保护测试探头.对探头的功能结构、混凝土内置参比电极性能、加工制作、性能测试与分析等方面进行了研究.研制的PCCP管测试探头结构新颖、选用的MnO2参比电极性能稳定可靠,该探头可以满足现场PCCP管线自然腐蚀电位、通/断电电位测试以及阴极保护效果的评价,可以在PCCP管阴极保护工程中应用.     

PCCP外壁防腐涂层涂装工艺技术研究

通过PCCP外壁防腐涂层防腐涂料的涂装工艺实验室试验研究和现场工艺试验研究,在国内首创性地实现了与PCCP喷浆机结合的PCCP外壁防腐涂层机械化自动喷涂工艺,该工艺满足南水北调工程PCCP外壁防腐涂层涂装技术要求,提高了生产效率.     

超大口径预存裂缝的预应力钢筒混凝土管结构分析与试验研究

针对南水北调工程中预应力钢筒混凝土(PCCP)管芯混凝土预存裂缝问题,通过对原型管道的抗裂外压承载力试验,探讨了预存管芯外壁纵向裂缝对承载力的影响,分析了混凝土管的受力特性。试验结果表明,PCCP在抗裂外压检验荷载下,其破坏主要发生在管顶、管底内侧管芯混凝土和管腰外侧砂浆保护层的受拉破坏。基于ABAQUS有限元分析,选用混凝土塑性损伤模型,对PCCP抗裂外压试验进行结构数值模拟,数值计算与试验结果一致。计算结果表明,管芯混凝土预存裂缝对PCCP抗裂外压极限荷载影响不大,但在外载作用下,预存裂缝会对混凝土、砂浆保护层出现应力集中现象,从而导致裂缝的发生与扩展。     

PCCP受载响应分析中三种预应力施加方法的比较研究

本文重点开展PCCP受载响应分析中三种预应力模拟施加方法的比较研究。将等效荷载法、等效降温法和缠丝模型这三种PCCP的预应力模拟施加方法应用于南水北调中线4m内径的埋置式PCCP,模拟施加其预应力场,并对其进行受载响应的数值模拟分析,还对该PCCP进行了原型压力试验,并将试验结果与计算结果进行综合对比分析。结果表明,计算结果与试验吻合较好,均能反映PCCP的受载响应规律;但等效荷载法不能考虑钢丝的刚度贡献和承载作用,给出的PCCP的起裂荷载和爆管荷载偏低;等效降温法不能反映钢丝的实际应力应变状态;缠丝模型不仅能考虑钢丝刚度贡献和承载作用,反映钢丝的实际应力应变状态,还能描述钢丝与其余部件的相互作用,具有更好的适用性。说明今后更适合以缠丝模型作为PCCP数值模拟分析的基础,进一步对PCCP的断丝响应以及结构安全性进行深入研究。     

南水北调工程北京段PCCP管线止推体系分析

在南水北调中线工程北京段中采用了双排DN4000预应力钢筒混凝土压力管(PCCP)作为惠南庄泵站的压力出水管,由于工程线路地形复杂,管线段设置了许多水平弯头、竖向弯头.在这些地方,由于水流方向发生改变会对管线产生不平衡推力,故需在管线上设置止推系统.为了达到工程设计合理、运行安全、管理方便,节省投资、节约地下空间资源,为今后发展留有余地,现针对PCCP管道的特点对该管线的止推体系进行优化比选,得出南水北调中线北京段PCCP管线止推系统可以采取镇墩、小转角管道锁定、可自由转动的小转角接头和限制性接头结合的做法.     

南水北调中线工程超大口径PCCP外载试验研究

采用原型现场试验的方法,分析了南水北调中线工程PCCP管道的外载试验方法、破坏特征和承载机理.制订了试件成型与测量方案,得到外载试验的具体过程、试验破坏特征以及开裂荷载,最后基于试验现象与试验结果分析了PCCP管的破坏位置,即裂缝出现在管顶与管底的内侧管芯混凝土和管侧的砂浆保护层,裂缝出现后迅速沿管身贯通,裂宽增加,裂缝条数稳定.试验为超大口径PCCP管道的生产、施工积累了经验,为制订超大口径PCCP管道标准以及质量验收标准提供依据.     

南水北调中线工程PCCP竖向土压力计算分析

南水北调中线工程采用了双排直径4 m的超大口径PCCP,其中约有40%长度管顶覆土厚度5 m以上,最大设计覆土厚度10 m.文中论述了PCCP在不同铺设方式条件下竖向土压力的计算方法,并以南水北调中线PCCP管道为例,给出不同铺设方式的计算结果及各公式的适用条件.最后将计算值与实测数据进行比较.