Page 116 - 水利学报2021年第52卷第6期

拟分析。
4.2.1 不同 CFRP 预应力水平 在工作内压 1.0 MPa 作用下，断丝 5%的 PCCP 经 4 层不同预应力水平
的 CFRP 加固后，管芯混凝土环向应变沿管长方向分布变化如图 10 所示。由图 10 可见，断丝和加固
引起的混凝土管芯应变变化范围有限，约为其宽度的 3 倍，远离断丝区的管芯混凝土几乎不受影响，
这一现象与试验中截面 2 无任何破坏迹象相一致。混凝土内芯应变略小于混凝土外芯，且二者应变均
较小，混凝土仍处于弹性工作状态。经预应力 CFRP 加固后的混凝土管芯应变降低明显，且随着
CFRP 预应力的增加，管芯应变不断减小，降低了混凝土开裂的风险。管芯混凝土环向应力分布如图
11 所示。由图可见，环向应力最大值发生在断丝区中间位置，远离断丝区的混凝土应力几乎不受影
响，且混凝土环向应力随着 CFRP 预应力值的增大而不断减小，与图 10 中应变分析结果一致。

图 10 混凝土环向应变

单位：Pa
+1.970e+06
+1.368e+06
+7.667e+05
+1.650e+05
-4.367e+05
-1.038e+06
-1.640e+06
-2.242e+06
-2.843e+06
-3.445e+06
-4.047e+06
-4.648e+06
-5.250e+06
（a）混凝土外芯
单位：Pa
+1.500e+05
+9.375e+05
+3.750e+05
-1.875e+05
-7.500e+06
-1.313e+06
-1.875e+06
-2.438e+06
-3.000e+06
-3.563e+06
-4.125e+06
-4.688e+06
-5.250e+06
（b）混凝土内芯
图 11 混凝土环向应力云图
在工作内压 1.0 MPa 作用下，断丝 5%的 PCCP 经 4 层不同预应力水平的 CFRP 加固后，钢筒环向
应变和预应力钢丝环向应力沿管长方向分布变化如图 12 和图 13 所示。由图可见，钢筒应变和钢丝应
力受断丝影响区约为断丝区长度的 3 倍，与混凝土管芯应变响应相一致。钢筒应变值处于混凝土外芯
和内芯之间。经加固后的钢筒应变和钢丝应力降低明显，且随着 CFRP 预应力的增大不断减小，钢丝
应力由 1165 MPa 降低为 1145 MPa，远小于其抗拉强度，PCCP 爆管可能性降低。图 14 和图 15 为钢筒
和预应力钢丝在工作内压下的环向应力云图。由图可见，钢筒和钢丝应力随 CFRP 预应力的增大而不
断减小，PCCP逐渐趋于更安全状态，且断丝和加固影响区域有限，远离断丝区位置应力基本不受影响。
工作内压 1.0 MPa 作用下，4 层不同预应力 CFRP 加固断丝 5%的 PCCP 后，CFRP 环向应力云图如
图 16 所示。由图 16 可见，CFRP 应力随预应力的增大呈明显增大趋势，说明 CFRP 逐渐得到充分利

用，断丝 PCCP 承载性能增加。CFRP 最大应力约为 731 MPa，远小于其极限抗拉强度 3400 MPa，PC⁃
CP 仍能承受较大内压。

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