Page 44 - 2023年第54卷第12期

管芯为螺旋连续缠丝，假定 １螺旋圈钢丝为 １根（圈）钢丝。试验前，规定每 ５根钢丝为一组，赋
予每组钢丝一个编号；试验中，采用砂轮机按编号顺序依次割断各组钢丝。切断钢丝的编号除了表示
切断顺序外，还表示断丝总数，即断丝编号的 ５倍。集中断丝时，从管体中部向两端依次分组割断钢
丝，如图 １（ｅ）所示。离散断丝时，先在 ４个断丝区均匀分散地割断钢丝，然后只在 Ｂ区和 Ｃ区断丝，
如图 １（ｆ）所示。相比于集中断丝，离散断丝在环向扩展了一个维度；每个离散断丝区的长度均约为
１．０ｍ，含有 ６０圈钢丝并被分为 １２组。
所有试验管依据 《预应力钢筒混凝土管道技术规范》（ ＳＬ７０２—２０１５） ［２０］ 设计，并具有相同的设计
参数。管体内径 ３．４ｍ，管长 ５．０ｍ，工作内压 ０．８ＭＰａ，设计内压 １．１２ＭＰａ，覆土厚度 ２．０ｍ。管体其它
尺寸和材料参数如表 １所示。

表 １ 管体的尺寸和材料参数

名称 尺寸?ｍｍ 材料参数 数值?ＭＰａ
管芯厚度 ２８０ 混凝土抗压强度标准值 ５５
砂浆厚度 ３２ 砂浆抗压强度标准值 ４５
钢筒厚度 １．５ 钢筒弹性模量 ２０６８５０
钢筒外径 ３５５３ 钢丝弹性模量 １９３０５０
钢丝直径 ７ 钢丝抗拉强度 １５７０
钢丝间距 １６．５ 钢筒屈服强度 ２１５

光纤传感器除了能感知管体在弹性阶段的微小变形，还是判断材料开裂或屈服的重要手段。试验
采用光纤光栅解调仪测量点式应变和温度，解调速率为 １Ｈｚ，波长分辨率为 １ｐｍ；采用基于 ＯＦＤＲ技
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术的分布式光纤传感仪测量分布式变形，测量精度为±１０ ，空间分辨率为 １ｃｍ。内压的试验装置如
图 ２（ａ）所示。试验管垂直吊装至钢制内胆底座上，内胆与 ＰＣＣＰ之间形成间距约为 １０ｃｍ的空腔。内
胆底部连接有进水管、泄压口和压力表。插口处安装钢制法兰以形成密闭的加压空间。管芯内表面的
光纤从法兰上引出，出线孔用环氧树脂胶密封。外压试验装置（三边承载试验装置）如图 ２（ｂ）所示。
２根高和宽均为 ２２ｃｍ的硬质木条用于支撑管体，净距为 ３４ｃｍ，底部固定在基座上。固定钢梁、受压
钢梁、硬质木条和管体轴线互相平行。钢梁有足够的刚度用以均匀传递荷载。受压钢梁上有 ３个千斤
顶和 １个压力传感器，并与液压泵和数显压力表组成液压加载系统。

图 ２ 内外压试验装置

断丝破坏试验先将荷载增加至设计内压或抗裂外压，而后割断钢丝，直至管体破坏。恒定内压意
味着断丝过程中内压保持不变，循环内压表示在断丝过程中经历多次内压的加卸载。缠丝应力为钢丝
抗拉强度的 ０．７倍，缠丝过程中管芯发生弹性变形，并使钢丝预拉应力降低，如式（１）（２）所示。钢丝
被割断后，断丝回缩，断点张开并形成断口。假设钢丝整圈失去预应力，则根据式（ ３）计算的断口开
度 ω约为 ７０．８ｍｍ。

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