预应力钢丝螺距对PCCP受力性能影响分析

摘要

预应力钢筒混凝土管(PCCP)作为复合型管材兼有钢管和混凝土管的优点，被越来越多地应用于输水工程中，因此近年来对于PCCP的研究越来越得到重视。由于PCCP自身的结构特点，预应力钢丝对于PCCP的承载能力和受力性能十分重要，但是当前针对预应力钢丝螺距对PCCP受力性能的影响还是空白。本文拟通过分析研究预应力钢丝螺距对PCCP受力性能的影响规律，为工业界在PCCP结构设计时相同配筋率下钢丝与螺距的科学选取提供依据;并通过二维、三维有限元对比分析，试图建立从三维分析模型向二维分析模型转化的简化方法。具体工作如下:
　　(1)基于国内外有关PCCP有限元研究现状的分析，重点探讨了PCCP建模过程中存在的难点及可能的解决方法;并结合前人研究基础及实际工程问题的需要，分析建立了本文研究的重点内容，即研究预应力钢丝螺距对PCCP受力性能的影响以及探索三维分析模型向二维分析模型转换的方法。
　　(2)基于Olander分布系数法，针对具体算例，分析计算了PCCP上作用的土荷载、管自重、流体自重以及内水压力的大小和分布形态。
　　(3)基于PCCP结构自身的受力特点，构建了适用于PCCP受力分析的平面应变模型。进行了正常使用极限状态和承载力极限状态下（总计11种工况）的PCCP的受力状态分析，得到各工况下PCCP各部位的应力应变响应。
　　(4)为研究钢丝螺距对PCCP受力性能的影响，本文建立了钢丝螺距分别为0.010m、0.014m、0.017m、0.020m、0.023m、0.026m、0.029m、0.032m、0.035m、0.038m10组PCCP三维模型（该三维模型轴向网格的划分恰好与钢丝的螺距一致）。通过该10组模型在WT3和FWT6两种工况下PCCP的受力分析，得出以下规律:在工况WT3作用下管中位置的内层管芯，除了个别的螺距外，应力值基本保持不变，在管端位置随着螺距的增大而减小;在工况FWT6作用下，管芯各部分的应力随着螺距的增大呈现逐渐减小的趋势。
　　(5)通过二维模型和三维模型的应力对比分析，得出了三维模型向二维模型转换的公式:M3=K△+M2，其中M3为三维模型计算得到的应力值，△为预应力钢丝螺距，M2为二维模型计算出的应力值，k为三维模型向二维模型的简化系数。

目录

摘要

注释表

缩略词

第一章 绪论

1．1 PCCP分类和主要特点

1．2 论文研究意义

1．3 国内外PCCP研究现状

1．3．1 PCCP二维模型研究现状

1．3．2 PCCP三维模型研究现状

1．4 本文研究的主要内容

第二章 相关荷载的设计与施加

2．1 荷载的施加

2．1．1 相关设计荷载的模拟

2．1．2 钢丝预应力的模拟

2．1．3 荷载的施加顺序

2．2 相关设计荷载组合以及控制标准

2．2．1 相关设计荷载和内压的组合

2．2．2 不同工况下的控制准则

2．3 本章小结

第三章 PCCP二维模型有限元分析研究

3．1 PCCP二维有限元模型的建立

3．1．1 PCCP设计尺寸和材料属性

3．1．2 单元类型介绍

3．1．3 模型的注意事项

3．2 PCCP在正常使用工况下的受力分析

3．2．1 WT3／W2工况作用下的受力分析

3．2．2 W1／WT2工况作用下的受力分析

3．2．3 WT1工况作用下的受力分析

3．2．4 FT1工况作用下的受力分析

3．2．5 FW1工况作用下的受力分析

3．2．6 正常使用极限状态下关键部位的计算总结

3．3 PCCP在承载力极限使用状态下的受力分析

3．3．1 FWT3工况作用下受力分析

3．3．2 FWT4工况作用下受力分析

3．3．3 FWT5工况作用下受力分析

3．3．4 FWT6工况作用下受力分析

3．3．5 承载力极限状态下关键部位的计算总结

3．4 本章小结

第四章 PCCP三维模型有限元分析研究

4．1 材料的屈服准则和破坏准则

4．1．1 材料的屈服准则

4．1．2 材料的破坏准则

4．2 三维模型的建立

4．2．1 钢筋混凝土结构有限元模拟方法

4．2．2 单元类型介绍以及材料的本构关系

4．3 三维模型不同工况下的受力分析

4．3．1 WT3工况下的受力性能分析

4．3．2 FWT6工况下的受力性能分析

4．4 本章小结

第五章 PCCP三维模型向二维模型的简化分析方法

5．1 工况WT3下三维模型向二维模型的简化分析

5．2 工况FWT6下三维模型向二维模型的简化分析

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 本文的不足与展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文