预应力钢筒混凝土管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe,简称PCCP)自上世纪八十年代末引进中国,以其独特的结构特点和优异的工作性能,广泛应用于水利、市政、电力等多个领域。目前,国内PCCP处于发展阶段,且对PCCP结构联合承载能力的研究尚不成熟,特别是PCCP在制造过程、养护环境、放置环境以及运行环境的影响下,结构本身会产生裂缝、断丝甚至爆管,这些问题不但影响PCCP的承载能力甚至发生工程事故,研究裂缝与断丝对PCCP结构安全性影响具有重大的理论意义与现实必要性。本文归纳了国内外PCCP的研究现状以及结构理论与设计方法,基于有限元的非线性分析和破坏准则,使用ABAQUS软件,针对裂缝与断丝对PCCP安全性的影响进行了研究,在以下几个方面取得了一些进展：1.根据PCCP裂缝的分类以及其产生的原因,采用现场原型试验和有限元法模拟方法,研究裂缝对PCCP结构安全性的影响。(1)根据三点法原型承载试验结果,研究了管芯外侧带有纵向裂缝的2m管和4m管在外荷载作用下的破坏规律。通过分析研究发现,2m管在外压加载到设计抗裂外压荷载的1.4倍过程中,管道均未出现可见裂缝;4m管在外压加载到设计抗裂外压荷载的1.3倍出现可见裂缝。(2)结合原型承载试验中2m管和4m管的纵向裂缝分布,用ABAQUS对直径2m和直径4m的PCCP建立有限元模型,研究了在不同外荷载作用下PCCP的受力状态。通过数值模拟发现,裂缝尖端处应力变化明显,尤其是混凝土和砂浆,并在裂缝持续扩展和弯矩重分布作用下,管道承载主体由混凝土向钢筒和钢丝转变,防止管道过早受压破坏；混凝土和砂浆变化较稳定,但大管径PCCP的应力变化较为明显,与原型试验规律一致。(3)PCCP厂家内水压试验时,发现在端口首先出现纵向裂缝,并随内压增大而延伸,为研究这一现象,用ABAQUS有限元法对直径2m的PCCP建立有限元模型,减小管端处钢丝缠绕间距,对比分析在内水压作用下插口端应力变化。研究发现砂浆的应力变化较大,采用减小管端钢丝缠绕间距的方法可以有效地减小插口端裂缝的产生但随着间距的持续减小,插口端应力变化幅度较小,效果不明显。2.基于对PCCP断丝事故和影响因素分析,用ABAQUS对直径4m的PCCP进行模拟,分别从断丝比例不同和断丝区域个数不同研究断丝对PCCP结构安全性的影响。(1)单个断丝区在断丝比例为5%、10%、15%、20%时,分析对比PCCP的应力状态。在外荷载作用下,随着断丝比例增加,PCCP管道的承载能力逐渐减小,混凝土管顶和管底内表面和断丝区砂浆外表面最易开裂；断丝对砂浆的影响更为明显,不利于管道外侧裂缝控制和防腐；此外随着断丝比例的增加,钢筒受力越加不均匀,很容易导致钢筒和混凝土表面脱离,造成PCCP破坏；断丝区相邻钢丝管腰处受力较大,很容易发生断裂,随着断丝比例的增加PCCP的承载能力也随之降低。(2)断丝总比例为20%时,设置两个断丝区,分别位于管身1/3处、2/3处,分析对比断丝区不同时,PCCP的受力状态变化。多个断丝区比单个断丝区更危险,对管道的承载能力影响较大,管道受力更不均匀,混凝土、砂浆、钢筒各断丝区附近受力较集中且应力偏大,一旦两个相邻的断丝区形成一个大范围的断丝区,将导致PCCP结构的整体破坏。由于PCCP结构的特殊性,一定程度上裂缝和断丝对PCCP的结构安全性影响不大,但PCCP断丝发生后,会加速管道破坏,产生更多的裂缝,进一步增加危害性,应当及时采取有效的工程措施,控制裂缝和断丝的发展。