压力钢管作为输送管线常用于引调水建筑物中,地面式压力钢管的类型主要有明钢管、钢衬钢筋混凝土管道等。目前,明钢管在过活动断裂带的管道结构中应用广泛。随着长距离引调水工程的巨型化和复杂化,输送管线的承载能力也需随之提高,这就对引水管道的设计、施工等提出了更高的要求。近年来,在地面式长距离输水管道的设计中,逐渐开始使用钢衬钢筋混凝土管道。由于长距离输水管道常穿越地质条件复杂的断裂带,断层的蠕滑与粘滑错动,地震荷载的破坏,对结构安全性产生了很大的威胁。因此研究活动断裂错动对钢衬钢筋混凝土管作用的特征,以及相应的工程布置型式是十分重要的。常规设计中,钢衬钢筋混凝土管道可以取消伸缩节,但为了适应活断层的变形,管线中仍然需要布置较多伸缩节。管道如何变形、管道与地基之间是否会出现大的滑移以及管道的开裂破坏规律这些问题均有待研究。本文基于大型三维有限元数值仿真软件ANSYS及ABAQUS,依托某输水工程,对过活动断裂地面钢衬钢筋混凝土管道适应性、管道与地基之间接触特性及外包混凝土开裂特性进行了研究。具体内容和成果包括:(1)根据基本资料,分析过活断层钢衬钢筋混凝土管道分别在蠕滑错动、粘滑错动及蠕滑与地震组合情况下的受力和位移变化规律。由于波纹管伸缩节的存在,管道对断层蠕滑错动适应良好,抗震性也较好。钢管应力满足要求,但混凝土会产生径向裂缝,需通过配筋解决。由于粘滑变形较大,断层范围内建基面剪应力较大,且主断层上波纹管发生破坏的可能性较大。两种错动模式下,管身与地基相对滑移均不大。(2)基于结构接触非线性理论,针对管道与建基面的接触特性,研究摩擦系数和粘聚力两种影响因素,对伸缩节位移和管道受力特性展开敏感分析。研究表明,管道与地基之间的接触特性主要影响管道沿管轴线方向的应力。钢管和混凝土轴向应力,建基面YX向剪应力、YZ向剪应力,伸缩节波纹管端部横向位移差、铅直向位移差,均对摩擦系数具有一定的敏感性。现有土质地基粘聚力对管道受力及伸缩节位移没有显著影响。(3)基于混凝土塑性损伤模型,对管道混凝土进行二维非线性计算,比较混凝土开裂荷载、裂缝分布情况、钢衬钢筋应力、及混凝土裂缝宽度变化规律。研究表明,当内水压力荷载较小时,混凝土不开裂,此时混凝土与钢衬、钢筋共同承载;随着内水压力的增大,当混凝土材料发生损伤并开裂后,将失去承受环向拉力的能力,该部分荷载将转移给相应部位的钢衬和钢筋承担。此外,混凝土内、外层的钢筋配置不同,混凝土的开裂时机和程度也不同,钢衬和钢筋的应力随内水压力的发展规律也有差异。