为了研究混凝土在水力劈裂过程中的断裂能变化规律,分析了水力劈裂中的各荷载做功,建立了水压力下断裂能的计算公式,开展了12组混凝土水力劈裂试验,得出了水压力对混凝土断裂能的影响规律。结果表明:水压力作用下混凝土的断裂能减小,水压力越大,混凝土的断裂能越小;混凝土在水力劈裂过程中的断裂能弱化效应不可忽略,在0.3 MPa水压力下,该弱化效应随水压力增加呈线性递增趋势。

为了研究管芯纵向裂缝对BCCP(钢筋缠绕钢筒混凝土压力管)承受内、外压能力的影响,选取合适的材料本构模型,利用ABAQUS软件建立了DN1 800 BCCP内、外压计算模型,在内压管的钢筒外管芯和外压管的管顶钢筒内管芯处分别设置了1 000 mm、2 000 mm、3 000 mm、4 000 mm的纵向裂缝,将计算结果与完好管进行了对比。结果表明,对于内压管,外管芯纵向裂缝仅对外管芯达到受拉极限所对应的内压值产生影响,且该值与纵向裂缝长度无关,均在2.95 MPa左右,比完好管小0.25 MPa;对于外压管,管顶内管芯纵向裂缝仅对裂缝所在位置处达到受拉极限所对应的外压值产生影响,同样与纵向裂缝长度无关,均在1 200 kN左右,比完好管小300 kN;无论是内压管还是外压管,保护层、钢筒和钢筋达到极限强度时所对应的荷载值都与管芯有无裂缝以及裂缝长度无关。

为研究光纤传感器在短距离内混凝土管出现多缝情况下的布里渊频移特征,设计了系列双裂缝间距的板材拉伸试验;通过试验所得布里渊频移结果得出以下结论:当双缝间距小于50 mm,难以区分裂缝个数;当双缝间距大于50 mm,且小于200 mm时,频移图的拟合波峰区间发生了变化;当双缝间距大于200 mm,频移图峰值点会发生变化,最后,通过混凝土管压力试验,验证了利用分布式光纤监测混凝土管裂缝的有效性。

有效提高混凝土结构的极限承载力、延长混凝土结构的破坏过程是工程界一直关注的重点问题。本文总结分析了FRP增强混凝土、钢筋增强混凝土、纤维增强混凝土以及超高韧性水泥基复合材料增强混凝土的断裂性能。结果表明:FRP、钢筋、纤维、UHTCC四种增强混凝土结构对其起裂荷载的改变相对较小,但均能有效改善结构极限承载力,延长结构失稳破坏过程,提高结构的安全性。

针对某输调水工程在役超大口径PCCP断丝问题,建立有限元分析模型,探究了管身中部预应力钢丝发生不同比例断丝时的管道各部位受力状态。结果表明,随着内水压的增大,断丝管都是管腰处断丝区域外的砂浆保护层最先进入塑性,然后是管芯的顶部、底部和管顶管底的钢筒,最终管腰处预应力钢丝达到其抗拉强度,整管破坏。随着管身中部断丝比例的增加,钢筒和预应力钢丝进入塑性阶段时所对应的内水压值逐渐减小,钢筒总是先于预应力钢丝进入塑性阶段。砂浆保护层和管芯在一定断丝比例之后进入塑性阶段所对应的内水压值维持在一个稳定的数值。研究结果可为实际工程中PCCP出现断丝安全风险后的结构承载能力评估提供依据。

测定了不同尺寸、不同钢纤维体积率混凝土试件的各龄期折后抗压强度,并按照定义的抗压强度尺寸效应计算方法,求出了不同尺寸试件之间的抗压强度尺寸效应值。结果表明,相同龄期内,钢纤维混凝土的抗压强度较普通混凝土有所提高;钢纤维混凝土的抗压强度受到龄期、钢纤维体积率和试件尺寸的影响;不同尺寸混凝土试件之间存在一定的抗压强度尺寸效应值。

通过对国内外的文献分析与研究,介绍了PCCP数值计算方法的最新进展情况,阐述了国内外学者在PCCP管道数值分析研究中的研究内容和采用的建模方法,分析了不同建模方法的优缺点,并对现在建模所采用的预应力施加方法进行了对比。结合管道数值计算的研究动态,提出了管道数值计算研究的重点和需要进一步研究的问题。