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PCCP内壁复式碳纤维加固技术及应力计算分析

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水利水电技术 2018年第7期49卷 88-93页

作者：孙志恒董晓农郝巨涛马宇中国水利水电科学研究院北京100038 北京中水科海利工程技术有限公司北京100038

现有碳纤维加固预应力钢筒混凝土管(PCCP)技术不能有效发挥碳纤维的作用,也无法有效地抑制PCCP的变形和裂缝的扩展。为此,提出了PCCP内壁复式碳纤维加固技术,即在碳纤维与PCCP之间增设高压缩弹性垫层,研制出具有压缩量大、本体强度高、... 详细信息

现有碳纤维加固预应力钢筒混凝土管(PCCP)技术不能有效发挥碳纤维的作用,也无法有效地抑制PCCP的变形和裂缝的扩展。为此,提出了PCCP内壁复式碳纤维加固技术,即在碳纤维与PCCP之间增设高压缩弹性垫层,研制出具有压缩量大、本体强度高、抗渗、与混凝土粘接强度大等特点的高压缩弹性垫层材料。根据弹性力学推导出内壁复式碳纤维加固PCCP的弹性解,并分别计算了在不同内水压力作用下对三种直径PCCP的应力分布情况。结果表明,当弹性垫层厚度为5 mm时,碳纤维的应力增加4.2~4.6倍,即增设弹性垫层后碳纤维加固PCCP的作用显著增加,作用于PCCP的内压明显减少;对于同一管径的PCCP,在固定内水压力下,随着高压缩弹性垫层厚度的增加,碳纤维的应力近似呈线性提高,碳纤维承担内水压力的比例也近似呈线性提高。

关键词： PCCP 高压缩弹性垫层复式碳纤维加固

高压缩弹性垫层对复式碳纤维加固PCCP的应变影响分析

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中国水利水电科学研究院学报 2021年第3期19卷 301-307,312页

作者：韦昊南孙志恒中国水利水电科学研究院北京100038

在PCCP内部粘贴复式碳纤维是一种新型的PCCP补强加固技术。为了研究不同管径及高压缩弹性垫层厚度对复式碳纤维加固PCCP的效果,本文通过建立6种管径和4种厚度垫层的复式碳纤维加固PCCP有限元模型,得到在不同内水压力和预应力钢丝断丝等... 详细信息

在PCCP内部粘贴复式碳纤维是一种新型的PCCP补强加固技术。为了研究不同管径及高压缩弹性垫层厚度对复式碳纤维加固PCCP的效果,本文通过建立6种管径和4种厚度垫层的复式碳纤维加固PCCP有限元模型,得到在不同内水压力和预应力钢丝断丝等工况下,垫层对复式碳纤维加固PCCP的应变影响。计算结果表明,采用5 mm厚度垫层的复式碳纤维加固PCCP,碳纤维环向应变增加了8~16倍;在0.6 MPa正常内水压力作用下,混凝土内壁环向应变的改善比例在11.5%~38.7%之间。管径越小,复式碳纤维加固效果越显著。对2.6 m管径PCCP进行复式碳纤维加固计算表明,随着垫层厚度的增加,碳纤维环向应变大幅提高,混凝土环向应变也得到显著改善。本文的研究成果为复式碳纤维加固PCCP的设计提供了参考依据。

关键词：预应力钢筒混凝土管(PCCP) 高压缩弹性垫层复式碳纤维加固

预应力钢筒混凝土管（PCCP）内壁复式碳纤维加固原型试验及计算分析

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预应力钢筒混凝土管（PCCP）内壁复式碳纤维加固原型试验及计算分...

作者：韦昊南中国水利水电科学研究院

学位级别：硕士

传统碳纤维加固PCCP是指将碳纤维布直接粘贴在混凝土内壁上,以达到补强加固的目的,但混凝土与碳纤维极限拉应变相差巨大,在实际应用中受到粘贴质量或混凝土开裂的影响,碳纤维的高强特性不能得到有效发挥,该方法有一定缺陷。复式碳纤维... 详细信息

传统碳纤维加固PCCP是指将碳纤维布直接粘贴在混凝土内壁上,以达到补强加固的目的,但混凝土与碳纤维极限拉应变相差巨大,在实际应用中受到粘贴质量或混凝土开裂的影响,碳纤维的高强特性不能得到有效发挥,该方法有一定缺陷。复式碳纤维加固技术是在碳纤维布和PCCP内壁混凝土之间增设一层高压缩弹性垫层,通过增加碳纤维径向位移空间的方式,提高碳纤维的环向变形水平以避免上述缺陷。现有研究只进行了室内钢筒模型试验,缺乏复式碳纤维加固PCCP的原型试验,对垫层的力学性能并未充分掌握。基于现有研究,本文通过材料试验、现场原型试验及有限元模拟分析等方法,得到研究成果如下:(1)高压缩弹性垫层的力学性能研究:通过研究垫层中可溶性填料掺量为2.0%、2.5%、3.0%和3.5%比例,对垫层的拉伸和压缩试验结果表明,随着可溶性填料掺和比例的提高,垫层的断裂伸长率和拉伸强度逐渐降低,而可压缩性能逐渐提高。对垫层材料的泊松比进行了测试,得到高压缩弹性垫层的泊松比为0.29～0.36,与填料粒径和含量关系较小。(2)本文总结了复式碳纤维加固技术的施工方案,并进行了断丝承载力试验。试验将电阻应变片和分布式光纤应用到CFRP和管芯混凝土结构的应变测量中,两种测量结果进行了相互印证。根据试验结果,总结了 4.0m管径双层缠丝PCCP的破坏特征以及各层结构的受力状况和变形规律。对管道的内部检查可以看出,复式碳纤维加固结构整体性良好,与混凝土内壁粘接良好,未出现脱空、绕渗等情况。(3)通过对现场试验测量结果和有限元计算发现,复式碳纤维加固管CFRP环向应变值均远高于传统碳纤维加固管CFRP环向应变,在加载阶段和外层钢绞线断丝阶段,环向应变为传统碳纤维加固结构CFRP应变的3～7倍;在内层钢绞线断丝阶段约为传统碳纤维加固结构CFRP应变的7倍。当试验管道剩余相同内层预应力钢丝数量时,复式碳纤维加固管混凝土内壁环向应变小于传统碳纤维加固管混凝土环向应变。(4)对于不同管径的复式碳纤维加固PCCP,有限元计算结果表明在0.6MPa内水压力作用下,复式碳纤维加固PCCP中垫层厚度为5mm时,较传统碳纤维加固PCCP中的CFRP环向应变值增加8～16倍,混凝土内壁环向应变的改善比例在11.5%～38.7%之间,管径越小,复式碳纤维加固结构中的CFRP环向应变越大,CFRP承受的内水压力越大,复式碳纤维加固结构对内层混凝土的加固效果更明显。对于同一管径的复式碳纤维加固PCCP,垫层厚度的增加为CFRP提供了更多的径向变形空间,CFRP环向应变随着垫层厚度的增加而增大,CFRP承受的内水压力也增加,混凝土内壁环向应变改善效果越明显。

关键词：预应力钢筒混凝土管(PCCP) 复式碳纤维加固高压缩弹性垫层材料试验原型试验有限元分析

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PCCP复式碳纤维加固1∶1模型试验研究

水利水电快报 2021年第6期42卷 49-52,58页

作者：孙志恒杨进新李萌韦昊南中国水利水电科学研究院北京100038 北京市水利规划设计研究院北京100048

针对PCCP的预应力钢丝断裂数目增多给PCCP运行带来的安全隐患问题,提出了PCCP复式碳纤维加固技术。在原型PCCP内壁进行了现场测试,证实了PCCP复式碳纤维加固技术的可行性。试验采用电阻应变片和光纤两种测量手段,监测了1∶1模型在内水... 详细信息

针对PCCP的预应力钢丝断裂数目增多给PCCP运行带来的安全隐患问题,提出了PCCP复式碳纤维加固技术。在原型PCCP内壁进行了现场测试,证实了PCCP复式碳纤维加固技术的可行性。试验采用电阻应变片和光纤两种测量手段,监测了1∶1模型在内水压力作用下断丝对PCCP内壁混凝土及碳纤维的影响。试验结果表明:与传统碳纤维加固方案相比,对4 m管径的PCCP采用内壁复式碳纤维加固方案可提高碳纤维的拉应力水平约4~5倍。

关键词： PCCP 1∶1模型复式碳纤维加固传统碳纤维加固