Page 49 - 2023年第54卷第12期

管体后管芯内表面存在两圈环向裂缝和数条纵向裂缝，并且环向裂缝宽于纵向裂缝。以两条相邻纵向裂
缝之间的混凝土块为分析对象，如图 ９（ｂ）所示。因管芯壁厚和未断钢丝的约束，相同纵向位置的管芯内
外表面受力状态相反，管壁开裂后的混凝土块体呈拱形挤压，并借助钢筒延缓了管体破坏的速度。

图 ９ 内压断丝试验中 ＰＣＣＰ断丝破坏规律的图解 图 １０ 离散断点的降维汇聚

相比于集中断丝，离散断丝在断丝位置上扩展了一个维度，如图 １０（ａ）所示；分析时需额外考虑
离散断丝的汇聚（断丝预应力损失范围的扩展）问题，如图 １０（ｂ）所示。以管 ２为例，断丝 １８５根时，
钢丝断口突然显著扩大，离散断丝汇聚后管体破坏；其断丝总数是管 １的 ３０８％，且纵向连续但环向
分散的断丝数（１０５根）是管 １断丝总数的 １７５％，如图 １（ｆ）所示。以管 ３为例，循环内压与断丝耦合
作用会加速砂浆分层开裂，导致断丝预应力损失范围提前扩展，造成离散断丝提前汇聚（断丝 １２５根
之后），增大局部断丝密度后导致管体破坏。此外，离散断丝预应力损失范围的扩展时机影响管芯的
裂缝走向。管 ２管芯混凝土外表面裂缝的走向多为倾斜状，然而管 ３砂浆和外层管芯的裂缝多为纵
向。在循环内压和断丝的耦合作用下，断丝预应力损失范围的提前扩展使管体整圈受力更加均匀，因
此整圈向外扩展并形成纵向裂缝。
３．４ 外压下管芯的破坏规律 恒定外压下集中断丝时管体受载和开裂位置如图 １１所示。在外压加载
阶段，管体处于弹性阶段，管顶处弯矩最大。在断丝初期，管中部的断丝在局部发生预应力损失，并
造成管顶处的管芯内表面出现裂缝。随着断丝增多，管顶中部裂缝向两端缓慢移动，且每次钢丝断口
突扩都伴随着裂缝出现、增多和扩展，进一步造成管腰处的弯矩重分布。断丝数达到极限时，断丝抽
离，管体整体刚度急速降低，管顶竖向位移加速增大，最终导致管体破坏。内压破坏时管芯裂缝的分
布不同，外压破坏时管芯裂缝分布在断丝区、内层管芯的管顶和底部，其最宽裂缝为内层管芯的纵向
裂缝。管 ４破坏时的集中断丝数是管 １的 ２５０％。在实际管线运行中，覆盖土体的刚度小于试验钢梁，
但比管内水体大很多。外压试验中受压钢梁使管体作为一个整体承担竖向试验荷载，而内压试验中内
水压力专攻管体局部薄弱区域。此外，受压钢梁挤压砂浆还具有防止断丝预应力损失扩展的功能。

图 １１ 恒定外压下集中断丝时管体受载和开裂位置
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