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２．４ 管芯预压应力降低的等效原理 在管体环向和径向组成的平面中，钢丝节点上存在三个力并组成
受力平衡体系，即环向的钢丝拉力、与薄层砂浆相连的环向非线性弹簧单元的拉力和与混凝土单元相
连的径向线性弹簧单元的支撑力，如图 ５所示。随着断丝的发生和发展，断丝环向拉力逐渐降低至
零；环向非线性弹簧单元的拉力先达到最大值，然后保持最大值，最后降低至零；径向线性弹簧单元
的支撑力也随着平衡体系中其它两个力的变化而改变，即逐渐降低至零。径向线性弹簧的压力降低，
也意味着断丝区管芯混凝土的预压应力降低。
图 ５ 断丝导致管芯预压应力降低示意
３ 缩尺模型建立与参数敏感性分析
３．１ 缩尺模型建立 断丝模拟方法使用的单元如图 ６所示。模型使用三维线性双节点桁架单元模拟钢
丝，使用四节点壳单元模拟钢筒，使用三维八节点减缩积分单元模拟混凝土和砂浆，使用线性弹簧单
元模拟钢丝断裂（同时使用单元删除功能）和传递钢丝径向预压应力，使用非线性弹簧单元模拟断丝的
黏结滑移和防止出现导致不收敛的大位移。钢丝、砂浆和管芯单元在相交处的节点坐标相同，以便编
写程序并借助弹簧单元连接。
图 ６ 有限元模型中的材料与单元
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