基于Abaqus的PCCP管道力学特性分析.pdf

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1、2012年第4期东北水利水电水利科研[文章编号]1002—0624(2012)04—0061—02基于Abaqus的PCCP管道力学特性分析陈红刚(大连理工大学工程抗震研究所，辽宁大连116024)[摘要]文章结合大伙房水库输水应急入连工程，利用Abaqus建立了预应力钢筒混凝土管与地基相互作用的有限元计算模型，在对PCCP管体适当简化的基础上，完成了管体的有限元计算并给出管体应力的分布规律，通过分析给出了管体随管体内水压力以及埋深变化时的管体应力变化规律，为施工和建成后的运行提供参考。[关键词]预应力钢筒混凝土管；PCCP；静力分析[中图分类号]TV42[文献标识码]

2、A0引言输水管本身采用了线弹性材料。在静力计算分析中，对管道埋深分为2m和预应力钢筒混凝土管PCCP是近年在我国开8m进行计算分析，来讨论PCCP管道的应力分始使用的新型管道材料，是一种技术先进的复合析规律。在大伙房水库引水入连工程中，水压力的管，既具有混凝土压力管的优点，又兼备钢管优最大设计值为1．4MPa，在这么大的水压力作用下点，其结构安全合理，具有强度高，抗渗性好，耐久输水管管体应力很大，其中最顶端和最底端的应性强等优点，且价格较低。PCCP的综合优势十分力较大，中部应力较小。在不考虑管体预应力的情明显，在大口径输水管线选材时，已越来越显示出况下管体的应力值较大

3、，拉应力超过了混凝土的其优越性和竞争力。抗拉极限，而压应力仍有富余，所以从这里可以看大伙房水库输水应急入连工程为跨流域调水出预应力钢筒混凝土管可以很好的发挥混凝土的工程，根据地理条件，需设两座加压泵站保证输水力学性能，使材料得到充分的利用。完成。由此导致加压泵站出口一定距离内属高压区范围。管线长度约15km范围为1．4MPa的高2PCCP管道的参数敏感性分析压区，为此对管材适应性要求高，加之本工程输水在计算中根据现实中管道埋深，取管道埋深管径为2．8rrl，从而使输水管的工作难度系数加分别为2，3，4，5，6，7，8m进行计算。在计算中统大。在约15km长度范围这种工况

4、在国内是仅有一采用埋深为8m的有限元模型，只是在计算别的工程。针对这种特殊的工段，建立有限元模型进的埋深时将多余部分单元进行处理，即将其刚度行静力计算，考虑施工期间不同埋深情况下，管内和质量变为零，这样在计算中就和没用这部分的效不受水压力作用之后在正常运行期受到高压水的果是相同的，可以大大减少前处理的工作量。作用情况下管体的受力状况。在计算埋深对管体应力的影响时假设管道不1PCCP管道的静力分析承受水压力，仅受重力和周围土体的作用。这样可以排除其他因素的干扰，直接表现出简体应力与埋对于长距离输水管道，一般可以取某个截面深变化的关系，以便于得出有用的结论。见图1，2。进行

5、分析时属于平面应变问题。该文采用的计算由图1，2可看出：埋深不同时，上部的土压力模型宽度100rn，高度40rn，开挖区深度14rn。模对管道的压力会相应的变化。对于不同的埋深，应型中四边形单元采用了四节点平面应变单元力分布的规律基本一致，mises应力的最大值出现(CPE4)，三角形单元采用了三节点平面应变单元在通体的中部，最小值出现在简体的顶部；环向应(CPE3)。土体的本构方程采用了修正的摩尔库伦力的最大值(最大的拉应力)出现在简体的最低点本构方程，考虑输水管本身是预应力混凝土结构内侧，而最小值(最大的压应力)出现在简体最低强度较高，发生塑性变形和屈服的可能性不大

6、，故·61·水利科研东北水利水电2012年第4期W／n鲁v／322110O5O5O5O321—．．．．．—．．。．．，—．．．。．。．．—．．．．．—，．．．．．—DOmmL复杂大厘lS召，／土=薛埋深／m图1mises应力随埋深变化图图4环向应力随水压力变化图最大环应力、。／正比的关系，而且比例系数非常大，也就是说随着—静水压力的增大，环向应力和raises应力增大的速046i度是非常快的。这说明静水压力对管道应力的影：响非常明显，在设计和施工过程中要作为主要荷最小环应力)k＼铒一载进行重点考虑。＼13结语图2环向应力随埋深变化图点是外侧。随着埋深的增加，环向应力和m

7、ises应1)PCCP管道在工程应用中的应力分布规律。力均增大，但是ses应力的增大速度要明显大于Mises应力的最大值出现在通体的中部，最小值出环向应力，两者随埋深的增加呈线性关系增加。现在简体的顶部；环向应力的最大值(最大的拉应PCCP设计中内水压力是一个不可忽略的值，力)出现在简体的最低点内侧，而最小值(最大的而PCCP正是由于能够承受较高的水压，以及良压应力)出现在简体最低点是外侧；计算分析可以好的防渗性，得以在大口径长距离输水管道中体知道PCCP管道能很好的发挥混凝土的抗压性现出其优势。由于实例工程输水距离较远，地质条能，在工程