Page 117 - 水利学报2021年第52卷第6期

图 12 钢筒环向应变 图 13 钢丝环向应力

单位：Pa
+1.398e+07
+9.892e+06
+5.893e+06
+1.895e+06
-2.113e+06
-6.112e+06
-1.011e+07
-1.411e+07
-1.811e+07
-2.210e+07
-2.610e+07
-3.010e+07
-3.410e+07 无加固 5%预应力 10%预应力 15%预应力 20%预应力
图 14 钢筒环向应力云图
单位：Pa
+1.168e+09
+1.165e+09
+1.162e+09
+1.158e+09
+1.155e+09
+1.152e+09
+1.149e+09
+1.145e+09
+1.142e+09
+1.139e+09
+1.136e+09
+1.132e+09
+1.129e+09
无加固 5%预应力 10%预应力 15%预应力 20%预应力
图 15 钢丝环向应力云图
单位：Pa
+7.313e+08
+6.730e+08
+6.148e+08
+5.565e+08
+4.982e+08
+4.399e+08
+3.817e+08
+3.234e+08
+2.651e+08
+2.068e+08
+1.486e+08
+9.028e+07
+3.200e+07
5%预应力 10%预应力 15%预应力 20%预应力
图 16 CFRP 环向应力云图
4.2.2 不同 CFRP 层数 当 CFRP 预应力水平为 10%，采用不同层数 CFRP 加固断丝率为 15%的 PCCP
时，混凝土最大环向应变和钢筒最大环向应力随内水压变化趋势如图 17 和图 18 所示。由图可见，当
内压较低时，混凝土应变和钢筒应力随内压增加而缓慢增长，且随着 CFRP 层数的增加而减小；当不
加固、2 层、4 层和 6 层 CFRP 加固时，内压分别达到约 0.32 MPa、0.53 MPa、0.65 MPa 和 0.84 MPa
时，混凝土开始产生裂缝，管道达到其工作极限状态 ［1-2］ ，混凝土应变和钢筒应力出现陡增，此现象
与文献［5］中试验分析一致；紧接着钢筒迅速达到其屈服应力。经 8 层 CFRP 加固后的 PCCP 在工作内
压下仍处于弹性状态，此时 PCCP 可正常运营。以管道达到其工作极限状态为依据，经 2 层、4 层和 6
层预应力为 10%的 CFRP 加固后的管道承载力提高分别为 65.6%、103.1%和 162.5%。
图 19 和图 20 分别为 CFRP 预应力为 10%、PCCP 断丝率为 15%时，混凝土损伤云图和钢筒应力云

图。由图可见，当无加固、2层加固、4层加固和 6层加固时，混凝土分别在 0.6 MPa、0.8 MPa、0.9 MPa
和 1.0 MPa 时损伤严重，管道不能承受工作内压；当采用 8 层 CFRP 加固时，混凝土几乎无损伤现象
出现，管芯仍能正常工作。当无加固和 2 层 CFRP 加固、内压分别为 0.6 MPa 和 0.8 MPa 时，钢筒达到

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