Page 115 - 水利学报2021年第52卷第6期

图 7 PCCP 各材料随内水压变化关系
结果云图。由图 8 可见，截面 1 未加固情况下，混凝土损伤严重，截面 3 加固后的混凝土管芯损伤明
显降低，与试验结果相吻合。图 8（b）（c）为钢筒和预应力钢丝环向应力云图，由图可见，经预应力
CFRP 加固后的截面，钢筒和钢丝应力有很大幅度减小，PCCP 发生爆管概率降低。

单位：Pa
+1.000e+00 +2.414e+08
+9.167e-01 +2.175e+08
+8.333e-01 +1.937e+08
+7.500e-01 +1.698e+08
+6.667e-01 +1.459e+08
+5.833e-01 +1.224e+08
+5.000e-01 +9.823e+07
+4.167e-01 +7.437e+07
+3.333e-01 +5.051e+07
+2.500e-01 +2.665e+07
+1.667e-01 +2.793e+06
+8.333e-02 -2.107e+07
+0.000e+00 -4.493e+07
截面 1 截面 2 截面 3 截面 1 截面 2 截面 3
（a）混凝土损伤 （b）钢筒应力
单位：Pa
+1.217e+09
+1.209e+09
+1.201e+09
+1.193e+09
+1.185e+09
+1.177e+09
+1.169e+09
+1.161e+09
+1.153e+09
+1.145e+09
+1.137e+09
+1.129e+09
+1.121e+09 截面 1 截面 2 截面 3
（c）钢丝应力
图 8 有限元模拟结果
图 9 为有限元模拟材料应变与试验测量应变对比。由图 9 可见，砂浆保护层、混凝土管芯和预应
力钢丝模拟结果与试验吻合良好。而 CFRP 应变模拟结果与试验相比存在较大离散性，这是由于试验
中断丝位置附近应力集中，而有限元模拟中去除了整圈断丝，因此，CFRP 材料模拟应变结果与试验
存在一定的出入。总体而言，有限元模拟结果能较好的表示真实结果。

（a）混凝土 （b）钢丝 （c）砂浆 （d）CFRP
图 9 模拟结果与试验对比
4.2 工况分析 为探究 CFRP 预应力水平和层数对加固效果的影响，选取预应力为 5%、10%、15%
和 20%，厚 4 层，宽 500 mm 的 CFRP 对断丝率为 5%的 PCCP 进行加固模拟分析；随后选取层数为 0 层
（无加固）、2 层、4 层、6 层和 8 层预应力为 10%，宽 500 mm 的 CFRP 对断丝 15%的 PCCP 进行加固模

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