预应力钢筒混凝土管体外预应力加固试验研究-水利学报.pdf

水 利 学 报 2019 年7 月 SHUILI XUEBAO 第50 卷 第7 期 文章编号：0559-9350 （2019 ）07-0844- 10 预应力钢筒混凝土管体外预应力加固试验研究 1 1 1 1 2 2 赵丽君 ，窦铁生 ，程冰清 ，夏世法 ，张 弢 ，毕 然 （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. 北京市水利规划设计研究院，北京 100048） 摘要：预应力钢筒混凝土管（PCCP ）断丝后，管芯混凝土在荷载作用下会发生开裂，影响PCCP 的承载能力。目前 针对PCCP 断丝管的加固有多种方法。其中利用钢绞线施加体外预应力加固PCCP 断丝管的方法能够主动补偿由 于断丝导致的预应力损失，同时做到整个管线减压不停水。本文通过PCCP 加载-断丝-管体管芯混凝土开裂-减 压-施加体外预应力-加载到设计荷载的全过程原型试验，研究了PCCP 体外预应力加固效果。并针对试验过程中 各阶段PCCP 管体的力学特性和变形特点进行分析。试验结果表明，通过钢绞线对PCCP 断丝管施加体外预应力 进行加固，管体裂缝闭合，承载能力恢复至设计内压0 .9 MPa ，钢绞线仍处于弹性阶段，管体水密性良好，加固 效果明显。 关键词：预应力钢筒混凝土管（PCCP ）；体外预应力；钢绞线；断丝；加固效果 中图分类号：TV431 文献标识码：A doi：10.13243/ki.slxb 1 研究背景 预应力钢筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe ，PCCP ）是由混凝土管芯、钢筒、预应力 ［1 ］ 钢丝及砂浆保护层构成的复合结构，具有强度高、抗渗性强、耐久性好和维护费用低等优点 。 ［2 ］ 自1942 年内衬式PCCP 首次在美国投入使用 以来，广泛应用于美国、墨西哥、加拿大等国家的长 距离有压输水和市政排水等基础工程中。PCCP 也是我国近20 年来在引水、调水以及市政工程中广泛 采用的管型，安装长度累计达18 000 km （截至2015 年）。PCCP 受外界腐蚀环境、氢脆、水压波动以 及超载等多种因素影响，管体会出现砂浆保护层的开裂和分层、预应力钢丝的腐蚀和断裂、混凝土 管芯的纵向裂缝及钢筒的腐蚀泄漏等问题。由于PCCP 管径大、内压高且事故发生前无征兆，PCCP ［3 ］ 事故很可能会导致灾难性的后果 。 近年来，学者对PCCP 断丝管的加固方法开展了多方面的研究，主要包括换管法、内部加固法 ［4 ］ （如颈缩钢筒内衬、钢管内衬、内贴碳纤维）和外部加固法（如施加体外预应力）等。Ball 等 就大管 ［5 ］ 径PCCP 工程中断丝管道的更换及补强加固案例进行了研究。Rahman 等 对比分析了换管、颈缩钢 筒内衬、钢管内衬、利用钢绞线施加体外预应力以及内贴碳纤维等各加固方法的优缺点。Kenny 等［6 ］