Page 63 - 2024年第55卷第1期

图 １６为集中断丝模拟在开裂阶段时管芯表面的环向和纵向应变。对比图 １６（ａ）（ｂ）可知，管芯外
表面先出现纵向裂缝，随即出现环向裂缝，但是环向裂缝宽度远大于纵向裂缝。对比图 １６（ａ）（ｃ）可
知，管芯外表面先于管芯内表面形成纵向可见裂缝，且其裂缝宽度远大于管芯内表面。此外，管芯外
表面沿管圈的纵向裂缝分布更加均匀，而管芯内表面的纵向裂缝更加集中在断丝区附近。对比图 １６
（ｃ）（ｄ）可知，管芯内表面在纵向上存在明显的受压区。对比图 １６（ｂ）（ｄ）可知，管芯外表面先于管芯
内表面形成环向可见裂缝，且其环向裂缝宽度远大于管芯内表面，也大于管芯外表面纵向裂缝宽度。
此外，管芯外表面只形成 １条环向裂缝，而管芯内表面会形成多条环向裂缝。最后，宽度为 １．０ｍ的
集中断丝在管长方向上的影响区长度约为 １．５５ｍ。

图 １６ 开裂阶段管芯表面的环向和纵向应变

５ 结论

（１）提出了断丝过程模拟方法。通过抽象分析砂浆、预应力钢丝和管芯混凝土之间两两相互作用
机制，提出了 ＰＣＣＰ断丝过程模拟方法，实现了管芯预应力的施加、任意位置的钢丝割断、断丝预应
力损失初始范围的保持和扩展。模拟方法不仅适用于集中断丝模拟，还适用于离散断丝模拟。
（ ２）明确了调控断丝预应力损失范围的初始大小、扩展时机和扩展幅度的关键参数。非线性弹簧
单元本构关系主要控制断丝预应力损失的初始范围；内聚力模型中的损伤起始强度和塑性损伤模型中
受拉本构关系的下降段主要控制损失初始范围的扩展时机；塑性损伤模型中的黏性系数和每个荷载步
的断丝数量主要控制初始损失范围的扩展幅度。
（ ３）验证了断丝过程模拟方法的合理性。模拟结果与试验现象吻合的内容包括：钢丝断点的张开
和扩大、钢筒的局部屈服、砂浆和管芯混凝土裂缝走向与扩展。模拟数据与试验数据吻合的内容包
括：弹性阶段的数值、管芯开裂后数据的量级、预应力初始损失的初始范围和扩展规律。
（ ４）探究了集中断丝的破坏规律。断丝发生后，内层管芯和外层管芯在环向上都因断丝而向外变
形；而在纵向上，管芯内表面在断丝中心区受压且在中心区两侧受拉，而管芯内表面在断丝中心区受
拉并在中心区两侧受压。管芯开裂后，管芯外表面形成一条环向裂缝和多条纵向裂缝，管芯内表面形
成多条纵向裂缝和断丝区两侧的环向裂缝；管芯外表面裂缝的宽度远大于管芯内表面，管芯外表面的

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