落石冲击荷载作用下埋地PCCP应力应变响应

doi:10.11988/ckyyb.20210345

长江科学院院报 ›› 2022, Vol. 39 ›› Issue (8): 113-119.DOI: 10.11988/ckyyb.20210345

落石冲击荷载作用下埋地PCCP应力应变响应

毛昊然¹, 程琳¹, 杨杰¹, 马春辉¹, 袁兴国²

1.西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室,西安 710000;
2.华能澜沧江水电有限公司,昆明 650000

收稿日期:2021-04-12 修回日期:2021-08-19 出版日期:2022-08-01 发布日期:2022-08-26
通讯作者: 程琳(1986-),男,山东济宁人,副教授,博士,主要研究方向为水工结构安全监控和无损检测技术。E-mail:chenglin@xaut.edu.cn
作者简介:毛昊然(1996-),男,浙江丽水人,硕士研究生,主要研究方向为水工结构安全监控。E-mail:lsqy99@163.com
基金资助:
陕西省自然科学基础研究计划面上项目(2019JLM-55);陕西省水利厅科技技术项目(2018SLKJ-5)

Stress-strain Response of Pre-stressed Concrete Cylinder Pipe under Rockfall Impact Load

MAO Hao-ran¹, CHENG Lin¹, YANG Jie¹, MA Chun-hui¹, YUAN Xing-guo²

1. State Key Laboratory of Eco-hydraulics in Northwest Arid Region of China,Xi’an University of Technology,Xi’an 710000,China;
2. Huaneng Lancang River Hydropower Company,Ltd.,Kunming 650000,China

Received:2021-04-12 Revised:2021-08-19 Online:2022-08-01 Published:2022-08-26

摘要/Abstract

摘要： 针对影响预应力钢筒混凝土管(PCCP)安全运行的落石冲击问题,以实际工程为原型,利用有限元理论建立了球形落石冲击埋地PCCP的“石-土-管”模型,在完成静力荷载工况计算的基础上,模拟落石冲击埋地PCCP的过程。通过改变落石半径、落石高度,分析不同落石冲击荷载作用下管道的应力和塑性应变规律。研究结果表明:落石冲击对PCCP的破坏主要为环向受拉塑性破坏;相比于落石高度,落石半径的改变对PCCP的影响更大;10 m的悬空高度下,半径超过1.4 m的落石将会使混凝土管芯产生超过16.0×10^-4的塑性应变,砂浆产生超过9.1×10^-4的塑性应变,导致材料出现可见裂缝;冲击荷载对PCCP各部件的破坏顺序是混凝土管芯、砂浆、钢筒和预应力钢丝,且在混凝土管芯开裂后,钢筒和预应力钢丝的Mises应力将会迅速增大并屈服破坏。

关键词: PCCP, 埋地管道, 冲击荷载, 落石, 有限元模型, 动力响应

Abstract: A finite element model of rockfall-soil-pipe was established to study the influence of rockfall impact on the safe operation of Prestressed Concrete Cylinder Pipe (PCCP).The process of spherical rockfall impact on buried PCCP was simulated on the basis of the calculation of static load condition.By changing the radius and height of rockfall,the stress and plastic strain of pipeline under different rockfall impact loads were examined.Results demonstrated that PCCP under rockfall impact mainly suffered from circumferential tensile plastic damage.Compared with the height of rockfall,the change of rockfall radius had a greater influence on PCCP.At a suspension height of 10 m,the falling rock with a radius over 1.4 m would cause visible cracks in the material with the plastic strain of concrete tube core exceeding 16.0×10^-4 and the plastic strain of mortar over 9.1×10^-4.Under rockfall impact load,concrete tube core first witnessed damage,and then mortar,steel tube,and prestressed steel wire in sequence.After the crack of concrete tube core,steel tube and prestressed steel wire saw rapid increase and yield failure of Mises stress.

Key words: PCCP, buried pipeline, impact road, rockfall, finite element model, dynamic response

中图分类号:

TV332

毛昊然, 程琳, 杨杰, 马春辉, 袁兴国. 落石冲击荷载作用下埋地PCCP应力应变响应[J]. 长江科学院院报, 2022, 39(8): 113-119.

MAO Hao-ran, CHENG Lin, YANG Jie, MA Chun-hui, YUAN Xing-guo. Stress-strain Response of Pre-stressed Concrete Cylinder Pipe under Rockfall Impact Load[J]. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, 2022, 39(8): 113-119.

[1]	张继生, 赵康, 陈浩. 潮流能水轮机单桩基础的海床动力响应[J]. 长江科学院院报, 2023, 40(10): 88-95.
[2]	李源亮, 郭阿龙. 高风险落石运动分析及边坡防护综合设计[J]. 长江科学院院报, 2022, 39(9): 65-70.
[3]	梁瑞, 包娟, 周文海. 水电工程边坡炮孔近区岩体爆破损伤特性[J]. 长江科学院院报, 2022, 39(8): 71-76.
[4]	徐旭, 丁刚, 姚文娟. 风浪流荷载下基于AQWA的海上Spar型浮式基础稳定性分析[J]. 长江科学院院报, 2022, 39(5): 145-152.
[5]	臧育樱, 田淳, 赵燕兵. 水位降落时土坝坝体渗流特性的交互式有限元模型[J]. 长江科学院院报, 2022, 39(11): 107-112.
[6]	杨哲豪, 吴钢锋, 张科锋, 董平. 溃坝洪水对构筑物冲击荷载的数值模拟[J]. 长江科学院院报, 2020, 37(3): 45-50.
[7]	侯恒, 杨杰, 程琳, 吕高, 马春辉. 基于薄层单元的黏弹性人工边界的模拟[J]. 长江科学院院报, 2020, 37(2): 164-169.
[8]	江巍,宋鹏程,陈玮,王彦海,毛聪. 基于PFC2D的土体缓冲落石冲击能力研究[J]. 长江科学院院报, 2019, 36(4): 49-54.
[9]	岳琳琳, 梁庆国, 蒲建军, 张钦鹏. 不同进洞高程隧道洞口段大型振动台模型试验研究[J]. 长江科学院院报, 2019, 36(3): 98-102.
[10]	唐为民, 马淑芝, 刘小浪, 赵轩. 地形地貌条件对边坡动力响应规律的影响[J]. 长江科学院院报, 2019, 36(11): 98-103.
[11]	简威，李守义，顾冬冬. 拱坝加切角措施对坝肩拉应力的影响研究[J]. 长江科学院院报, 2017, 34(10): 145-148.
[12]	刘勇，王运生，唐起，陈怡西. 复杂斜坡动力响应特征分析[J]. 长江科学院院报, 2016, 33(9): 66-71.
[13]	顾培英, 肖仕燕, 邓昌, 章道生, 王建. 冲击荷载作用下混凝土重力坝破坏特性分析[J]. 长江科学院院报, 2016, 33(5): 48-52.
[14]	冉涛, 赵安平, 尹剑辉. 地震作用下顺层岩质滑坡稳定性离散元模拟[J]. 长江科学院院报, 2016, 33(3): 115-121.
[15]	黄诗渊, 刘健, 李书杰, 邓增凯, 熊磊, 文俊. 地震作用下边坡平台对边坡的动力响应及失稳破坏影响分析[J]. 长江科学院院报, 2015, 32(7): 70-76.

落石冲击荷载作用下埋地PCCP应力应变响应

Stress-strain Response of Pre-stressed Concrete Cylinder Pipe under Rockfall Impact Load

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