利用表面波对预应力钢筒混凝土管砂浆保护层开裂监测的数值仿真

摘要

预应力钢筒混凝土管(PCCP)长期受到土壤腐蚀介质与各种静动荷载耦合作用,当砂浆保护层出现裂缝并不断发展会促使外界腐蚀介质锈蚀高强预应力钢丝,诱发断丝爆管事故,因此亟需开展PCCP管道运行过程中的砂浆保护层开裂过程安全性监测方法的研究.在进行合理简化及消除不稳定因素的基础上,该文基于ABAQUS有限元软件设置了长度、深度、宽度、频率4个对照组用于判断表面应力波监测PCCP环向裂缝发展的效果(主要依据接收端电压幅值的变化幅度判断),发现接收端信号随裂缝深度增加时变化最为明显,对预应力钢丝是否即将遭受腐蚀具有预警作用;而接收端信号幅值随裂缝宽度的增大会缓慢增加,且对裂缝长度的变化敏感性较弱;在压电片间距相同(1.2 m)的情况下,10 kHz为本次监测的最优频率.该文还改变了压电陶瓷(PZT)的布置方式,比较了表面粘贴式和内置式两种方法的监测效果(即比较面波与体波的监测效果),发现在1.2 m间距及10 kHz电压源频率下,面波监测的效果较好.上述结果表明PZT表面应力波动法可用于PCCP砂浆保护层的监测,这对PCCP生命周期预测极具价值.