通过内水压力试验,研究了CFRP内衬法加固预应力钢筒混凝土管(PCCP)的结构力学性能和破坏模式,并采用光纤布拉格光栅(FBG)感测技术测试了试验过程中PCCP各层结构和CFRP内衬的变形情况,得到了内水压力作用下PCCP结构的力学响应规律。同时,模拟了在所有预应力失效的情况下,PCCP的力学性能及破坏情况。结果表明,在内水压力为1.8 MPa时,PCCP原管管芯混凝土开裂,而CFRP加固管在加压至1.9 MPa后发生开裂,表明CFRP内衬能够有效增强管芯混凝土的延性,有效延缓管芯混凝土开裂,提高PCCP抗裂性能。同时,CFRP内衬法加固所有预应力失效的PCCP能够承受原设计内水压力,表明CFRP内衬能够恢复受损严重PCCP的承载能力。

由于预应力钢筒混凝土管(PCCP)具有耐久性、抗老化、防腐性能好等优点,近几年在国内大型引水、调水工程中得到了广泛应用。但随着使用年限的增加,管道发生损伤破坏的风险也会增加。无论是设计、制造、运行等环节出现问题,都可能对PCCP正常运行造成安全隐患。本文总结了美国PCCP破坏样本统计数据,对PCCP各环节可能的破坏原因进行了分析,归纳了针对性的保护措施,可为管道的安全评价和修复/更换方案提供参考。

预应力钢筒混凝土管(PCCP)在设计制造、安装施工以及外部环境等因素综合作用下会出现砂浆保护层受损脱开、预应力钢丝断裂、混凝土管芯纵向开裂以及钢筒泄漏等问题。为使管道恢复至原有承载能力,延长其使用寿命,消除安全隐患,需采用适当的方式对PCCP管进行修复加固。本文总结了常用的PCCP补强加固方法,并从内容、步骤、适用范围、优缺点等多方面对各方法进行了对比,可为国内PCCP的补强加固提供参考。

为了验证CFRP的补强加固效果,采用2根内径2.6m的PCCP进行了内水压力试验,并通过集中断丝模拟了最不利断丝管的受力状况。结果表明,未粘贴碳纤维的断丝管,在设计内水压0.9MPa的状态下,断丝40根后管芯混凝土开裂。分部位粘贴1层、2层和3层环向碳纤维的加固管,在设计内压0.9MPa下,断丝70根后管芯混凝土开裂。CFRP在管芯混凝土出现微裂缝后参与应力重分布,一定程度上缓解了裂缝尖端的应力集中,延缓管芯混凝土开裂,同时,改善了非断丝区钢丝受力状态,延迟了钢丝和钢筒进入屈服状态。CFRP补强加固PCCP的效果明显。