Page 45 - 2023年第54卷第12期

０ ．７ｆＡ
ｓｙ ｓ
ｆ＝ （１）
ｉｃ
Ａ＋ ｎＡ＋ ｎ′Ａ
ｃ ｉ ｓ ｉ ｙ
ｆ＝ ０ ．７ｆ－ ｎｆ （２）
ｉｓ ｓｙ ｉ ｉｃ
ｆ
ｉｓ
ω ＝ ２ π Ｒ （３）
Ｅ ｓ
式中：ｆ和 ｆ分别为管芯混凝土和钢丝的初始预应力；Ａ、Ａ和 Ａ分别为单位长度下管芯、钢筒和钢
ｉｃ ｉｓ ｃ ｙ ｓ
丝的纵截面面积；ｎ和 ｎ′分别为缠丝时钢丝与混凝土、钢筒与混凝土的弹模比；ｆ、Ｒ和 Ｅ分别为钢
ｉ ｉ ｓｙ ｓ
丝的抗拉强度、缠丝半径和弹性模量。
每次割断特定数量的钢丝后，测量管体各层材料的应变和钢丝断口的张开尺寸，观察并记录外层
管芯和保护层砂浆出现的可见裂缝。为了克服温度对测试结果的影响，单根管的测试时间平均约为 １０ｄ，
可充分模拟管体运行过程中的断丝破坏。

３ ＰＣＣＰ断丝破坏规律

基于分布式光纤和现场观察获得了管体各层材料损伤和最终破坏对应的断丝数量，如表 ２和图 ３
所示。分布式光纤测得的局部应变突起和相邻工况测试结果的对比分析可清晰预测判断开裂和屈服，
现场观察更具针对性的获取断丝处的试验现象。此外，辊射砂浆时采用塑料盒保护断丝处的尾纤，辊
射完成后取下塑料盒并形成断丝槽，避免了传统方式中切割砂浆并行成断丝槽的弊端；断丝处管芯外
表面的测试数据和钢丝的类似，因受断丝影响，其初裂的判别主要依据在砂浆预制槽中的观察。最
终，管 １、管 ２、管 ３与管 ４破坏时的极限断丝数（率）分别为 ６０（１９．８％）、１８５（６１．１％）、１４０（４６．２％）
和 １５０（４９．５％）。
表 ２ 不同工况下各层材料出现损伤和管体破坏对应的断丝数

试验管 砂浆初裂 ｘ，ｙ 断丝口首次突扩 ｙ 管芯内表面初裂 ｙ 管芯外表面初裂 ｘ 钢筒屈服 ｙ 管体破坏 ｘ，ｙ
管 １ ２０ ４５ ５０ ４５ ５０ ６０
Ａ区 ３５ ３５ ３５ ３５ ３５ ３５
Ｂ区 ３５ ５０ ４５ ３０ ３５ ５０
Ｃ区 ３５ ５５ ５０ ３０ ４０ ５５
管 ２
Ｄ区 ３０ ４５ ４５ ３０ ４５ ４５
ｍａｘ ２０ ５５ ４５ １０ ３５ ５５
断丝总数 １３５ １８５ １７５ １２５ １５５ ａ １８５
Ａ区 ３５ ３５ ３５ ３０ ３５ ３５
Ｂ区 ３０ ３０ ３０ ３０ ３０ ３５
Ｃ区 ３０ ３０ ３５ ３０ ３５ ３５
管 ３
Ｄ区 ３０ ３０ ３０ ３０ ３０ ３５
ｍａｘ １０ １０ １５ １０ １５ ２０
断丝总数 １２５ １２５ １３０ １２０ １３０ １４０
管 ４ ２５ ５５ ６０ ｂ ９５ ９５ ｃ １５０
注：ｘ、ｙ表示的判别依据分别为现场观察和测试数据；ｍａｘ表示离散断丝试验中不同断丝区的最大集中断丝数；ａ表示的钢筒屈服疑
似为外层管芯开裂扰动的结果；ｂ表示的管芯内表面纵向裂缝位于管体中部的管顶；ｃ表示的钢筒屈服位于管底部，但直到断丝 １４５根
时钢筒变形仍没有显著扩大。

图 ３展现了荷载类型和断丝方式对试验结果的重大影响，体现了 ＰＣＣＰ断丝破坏的过程和普遍规
律。破坏过程可总结为两个呈递进关系的规律，分别是断丝的预应力损失规律和管芯的破坏规律。由
于砂浆对钢丝的握裹作用，断丝预应力损失的初始范围、扩展时机和扩展幅度是研究管芯预压应力保

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