采用纵向钢丝控制断丝影响范围的PCCP管道及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种采用纵向钢丝控制断丝影响范围的PCCP管道及其制造方法，属于管道结构技术领域。在PCCP管道生产过程中，当完成环向预应力钢丝缠丝作业后，通过应力发生装置沿管道轴向敷设纵向钢丝。随后，再利用高性能粘结材料对纵向钢丝与环向预应力钢丝搭接点进行粘合，待粘结材料充分干燥后再进行辊射砂浆和沥青防腐层作业。本发明专利技术具有如下特点：纵向

【技术实现步骤摘要】
采用纵向钢丝控制断丝影响范围的PCCP管道及其制造方法


[0001]本专利技术属于PCCP管道结构
，具体涉及一种采用纵向钢丝的拖拽作用有效限制环向预应力钢丝断裂后的影响范围的PCCP管道制造方法，还涉及一种新型的PCCP管道。

技术介绍

[0002]预应力钢筒混凝土管(Prestressed concrete cylinder pipe，简称PCCP)是一种新型复合多用途管材，目前已广泛应用于各种长距离引调水工程建设中。传统的PCCP结构可分为内衬式和埋置式。内衬式PCCP是由钢筒和混凝土内衬组成管芯并在钢筒外侧缠绕环向预应力钢丝，然后制作水泥砂浆保护层而制成的管体。埋置式PCCP是由钢筒和钢筒内、外两侧混凝土层组成管芯并在管芯混凝土外侧缠绕环向预应力钢丝，然后制作水泥砂浆保护层而制成的管体。环向预应力钢丝能够对混凝土管芯产生均匀的压力，从而使得管道能够抵抗由内水压及外压作用下产生的拉应力。
[0003]PCCP在运行过程中有可能会由于设计、制造、施工及环境腐蚀等各方面的因素导致环向预应力钢丝发生断裂，造成断丝附近砂浆保护层和混凝土管芯出现裂缝。随着断丝附近的受力条件不断恶化，同一区域可能还会出现多处环向预应力钢丝断裂，从而进一步降低管道承载能力，极易造成爆管等灾害性事故。PCCP的爆管除了会导致管道供水中断之外，还会引起洪灾以及公共安全事故，造成十分重大的经济损失。
[0004]目前，工程界对发生断丝后的PCCP管道修复加固技术开展了大量研究工作，并提出了外包混凝土法、换管法、外贴纤维增强复合材料法等补强加固措施。然而，上述方法通常需要对PCCP断丝管段的覆土进行开挖，然后再对断丝部位进行补强加固处理。传统的处置方法存在施工步骤繁琐、工作量较大、修复成本较高等特点。中国专利CN208519336U《一种新型的PCCP结构》公开了一种沿环向在混凝土管芯的内外壁内侧各布置一层纵向受力钢筋的新型PCCP结构形式。该专利技术通过增加纵向钢丝的方式以控制环向预应力钢丝断裂后的影响范围，从而保证断丝后的管道仍具有一定的承载能力，为预防和控制断丝提供了一种提前处置的方法。
[0005]然而，该方案仍然存在以下主要问题：(1)纵向钢丝与环向预应力钢丝并未形成一个整体的受力系统，环向钢丝与纵向钢丝无法协同变形受力，共同抵御荷载；(2)纵向钢丝的材料性能没有得到充分发挥，遏制断丝影响范围的效果并不显著；(3)纵向钢丝布设的数量较多，然而该结构形式仅仅增加的是管道轴向方向上的刚度，对切向和环向上的刚度贡献较小；(4)增设较多的纵向钢丝会对环向预应力钢丝在受内外压作用下的变形和发挥承载功能造成限制作用，对管道的整体柔性造成不利影响；(5)布置大量的纵向钢丝导致管道的制作成本相对较高，且总体重量增加，不利于大范围生产、推广及应用。
[0006]基于此，当前亟需考虑对PCCP结构进行进一步的优化设计以实现纵向
‑
环向钢丝系统具有更优良的协同工作性能，从而可以充分发挥纵向钢丝的材料性能，使其在环向预应力钢丝断裂后承担部分荷载，更进一步地遏制断丝的影响范围并减少新型PCCP结构的造
价。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的之一在于提供一种优化纵向
‑
环向钢丝的协同工作性能，并使纵向钢丝在环向预应力钢丝断裂后承担部分载荷，以实现对于断丝的影响范围有效遏制的新型PCCP管道的制造方法。
[0008]本专利技术的目的之二在于提供一种能够有效控制环向预应力钢丝断裂后的影响范围并减少造价的新型PCCP管道。
[0009]本专利技术实现目的之一采用的技术方案是：提供一种采用纵向钢丝控制断丝影响范围的PCCP管道的制造方法，包括以下步骤：
[0010]S1、将承插口钢圈固定于钢筒的两端，设置锚固点；进行混凝土浇筑，并养护至规定强度；
[0011]S2、在养护后的外层混凝土或钢筒的外部缠绕环向预应力钢丝；
[0012]S3、将纵向钢丝的一端锚固于管道一侧的锚固点，沿管道轴向进行放线敷设，将其另一端锚固于管道另一侧的锚固点；所述纵向钢丝的数量为4～8根，沿钢筒的圆周向均匀分布；
[0013]S4、采用高性能粘结剂对环向预应力钢丝与纵向钢丝的搭接点进行粘合；所述高性能粘结剂的压缩强度≥65MPa、钢
‑
钢正拉粘接强度≥30MPa、剪切强度≥18MPa；
[0014]S5、待高性能粘结剂充分干燥后辊射外层砂浆保护层和沥青防腐层。
[0015]本专利技术提供的采用纵向钢丝控制断丝影响范围的PCCP管道制造方法的总体思路如下：
[0016]在内衬式PCCP管道或埋置式PCCP管道的结构中，引入纵向钢丝，且纵向钢丝是在缠绕完环向的预应力钢丝之后进行敷设的，同时需采用高性能粘结剂对纵向钢丝和环向螺旋钢丝的搭接处进行粘合。在高性能粘结剂的粘接作用下，将纵向钢丝与环向预应力钢丝连接成为一个受力整体，借助于纵向钢丝与环向预应力钢丝的联合作用、协同工作，共同承受荷载。当环向预应力钢丝断裂后，纵向钢丝能够承担部分载荷，在纵向钢丝的拖拽下，预应力损失区间能够被有效地限制在纵向钢丝布置的范围内，进而实现对于断丝的影响范围的有效遏制。
[0017]在本专利技术中，纵向钢丝的布设数量需要同时考虑以下两点：其一、从结构受力的角度上考虑，环向预应力钢丝仍起着承担环向拉应力荷载的主要作用，为了使环向预应力钢丝在受内外压作用下能够充分地变形并发挥其承载作用，纵向钢丝需要尽量减少布设数量，以确保整个PCCP结构具有一定的柔性；其二、满足“轻量化”的设计需求，避免引入过多的纵向钢丝导致管道自重增加，尽量减少纵向钢丝及粘结剂的费用，控制新型PCCP管道的整体造价。综合考虑，本专利技术将纵向钢丝的数量设置为4～8根，并沿钢筒的圆周向均匀分布。
[0018]进一步的，为保证纵向钢丝能够对环向预应力钢丝断裂后的预应力损失区间进行有效地限制，所述纵向钢丝宜敷设在管道受力较大的位置或结构的薄弱位置。优选地，所述纵向钢丝的数量为4根，分别敷设于管顶、管底及两侧管腰，或采用8根纵向钢丝，沿管道环向每间隔45
°
均匀敷设。
[0019]进一步的，为了确保纵向钢丝与环向预应力钢丝的搭接点形成有效可靠的连接，本专利技术选择了高性能粘结剂对环向预应力钢丝与纵向钢丝的搭接点进行粘合，所述高性能粘结剂的压缩强度≥65MPa、钢
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钢正拉粘接强度≥30MPa、剪切强度≥18MPa。高性能粘结剂的使用确保了纵向钢丝与环向预应力钢丝之间可靠连接并形成结构整体，不仅能够联合承担载荷；而且在环向预应力钢丝断裂后，纵向钢丝能够对环向钢丝提供拖拽作用，更有效地限制了预应力损失的影响范围。
[0020]在本专利技术提供的PCCP管道制造方法中，PCCP管道可以是内衬式PCCP管道，或埋置式PCCP管道。
[0021]在步骤S1中，首先，制作PCCP接头的承插口钢圈；而后，将钢板卷成钢筒，并将承插口钢圈分别焊接于钢筒的两端，随后将带承插口的钢筒吊装至模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用纵向钢丝控制断丝影响范围的PCCP管道的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将承插口钢圈固定于钢筒的两端，设置锚固点；进行混凝土浇筑，并养护至规定强度；S2、在养护后的外层混凝土或钢筒的外部缠绕环向预应力钢丝；S3、将纵向钢丝的一端锚固于管道一侧的锚固点，沿管道轴向进行放线敷设，将其另一端锚固于管道另一侧的锚固点；所述纵向钢丝的数量为4～8根，沿钢筒的圆周向均匀分布；S4、采用高性能粘结剂对环向预应力钢丝与纵向钢丝的搭接点进行粘合；所述高性能粘结剂的压缩强度≥65MPa、钢
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钢正拉粘接强度≥30MPa、剪切强度≥18MPa；S5、待高性能粘结剂充分干燥后，辊射外层砂浆保护层和沥青防腐层。2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤S1中，当所述PCCP管道为内衬式PCCP管道，所述混凝土设置于钢筒内侧；当所述PCCP管道为埋置式PCCP管道，所述混凝土包括钢筒内侧的内层混凝土以及钢筒外侧的外层混凝土。3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，步骤S2中，当所述PCCP管道为内衬式PCCP管道，在钢筒的外部缠绕环向预应力钢丝；当所述PCCP管道为埋置式PCCP管道，在养护后的外层混凝土外部缠绕环向预应力钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏凯，赵国富，陶军，徐振东，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：