cecs 140：2002 给水排水工程埋地管芯缠丝预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管管道结构设计规程 条文说明

'中国工程建设标准化协会标准给水排水工程埋地管芯缠丝预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管管道结构设计规程140:2002条文说明 目次1总则·························································⋯⋯(35)2主要符号···················································⋯⋯(36)3材料·，，······，·····，··】···，】·············，，····，，·······⋯⋯(37)3.1管芯混凝土·············································⋯⋯(37)3.2预应力钢丝·············································⋯⋯(37)3.3钢筒······················································⋯⋯(38)3.4砂浆保护层⋯⋯‘·······················，···············，·⋯(38)4管道结构上的作用········，，···，，，‘，’“(39)5基本设计规定·····························⋯⋯‘·“““””’二(40)6管道结构计算······································⋯⋯“‘·”’(41)6.1承载能力极限状态计算·································⋯⋯(41)6.2正常使用极限状态验算·································⋯⋯(42)7构造规定···················································⋯⋯(44)7.1管体·····················································⋯⋯(44)7.2管道基础和沟槽回填···································⋯⋯(44)7.3管道接头··⋯⋯‘······································⋯⋯(45)7.4管件··············。···········。···········，···············⋯⋯(45)33 1总则1.0.2本条明确了本规程适用于管芯缠丝工艺的预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管，但不包括振动挤压预应力混凝土管(俗称一阶段预应力混凝土管)。后者在我国有不少制造厂，其产品也在工程中应用，但相应的工程设计规范已由中国工程建设标准化协会管道结构委员会组织制定(CECS16)，因此本规程不再重复列入。1.0.3本规程主要根据现行国家标准《给水排水工程管道结构设计规范》GB50332规定的原则制定。预应力钢筒混凝土管的工艺、设备系自美国引进，但在国内有了开拓和发展，例如无锡华毅管道有限公司、内蒙万联兄弟管道公司、深圳太阳管道有限公司、山东电力管道工程公司等均已大量生产这种管材，可提供各地工程建设应用。相应于这种管材的美国标准为AWWAC304。该标准对管体结构设计、荷载确定、内力分析和截面计算模式等，均与我国标准的规定不尽相同。对此，本规程在制定时作了大量的对比验算，拟定了符合我国结构设计模式的管体设计方法，同时也与AWWAC304标准作了必要的协调，以使引进的制管工艺与我国的工程应用条件相融合。1.0.4对于兴建在地震区、湿陷性黄土或膨胀土等特殊地区的工程，本条明确，尚应按照相应标准的要求进行专门设计。 2主要符号本章列出的本规程采用的主要符号，系根据下列原则确定:1在现行国家标准《给水排水工程管道结构设计规范))GB50332中采用的符号，本规程一律采用，以方便工程设计应用。2本规程需要的专门符号，在AWWAC304中已列出的按现行国家标准《建筑结构设计术语和符号标准》GB/T50083规定的原则，重新作了一些调整。 3材料3.1管芯混凝土3.1.1预应力混凝土管管芯混凝土的设计强度等级，系根据国内制管厂的产品规格和工程应用情况制定。以往均采用不低于400号混凝土，现根据混凝土新的强度等级标准改为C40，比过去略有提高，但对制管和工程应用完全可以适应。3.1.2本条明确，对于管芯混凝土的抗拉强度标准值、弹性模量等力学性能指标，应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB5001。的规定采用。对离心成型的管芯，考虑成型工艺不同，其混凝土强度可根据《预应力混凝土输水管(管芯缠丝工艺))GB5696的规定提高25%采用。3.1.3我国不少地区，在混凝土采用的砂、石骨料中含有碱活性矿物，在混凝土固化后与游离的钾、钠发生化学反应，在潮湿环境下吸水膨胀，导致混凝土从内向外开裂而损坏。针对给水排水工程结构所处的环境条件，对碱骨料反应必须严加控制，为此本条提出，管芯混凝土的碱含量应符合《混凝土碱含量限值标准》CECS53的规定，以保证管材的耐久性和使用年限。3.1.4目前，混凝土配制时多采用各种外加剂。为此，本条要求所采用的外加剂应符合现行国家标准(混凝土外加剂应用技术规范》GBJ119的规定，并通过试验确定其适用性和合理掺人量。3.2预应力钢丝本节对管体缠绕预应力钢丝的最小直径作了规定，主要是根据实际产品的规格和工程应用情况拟定。同时明确，预应力钢丝的物理、力学性能应符合现行国家标准《预应力棍凝土用钢丝》GB37 5223和《混凝土结构设计规范》GB50010的规定。3.3钢筒本节主要对预应力钢筒混凝土管内的钢筒规定了最小厚度，这是根据实际产品的规格和工程应用中需要承受的内压力拟定的。同时明确，钢筒的材质应符合现行国家标准《碳素和低合金结构热轧钢板和钢带》GB912的规定，相应的材料设计强度和弹性模量应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定采用。3.4砂浆保护层本节对砂浆保护层的力学性能作了规定。这种砂浆保护层的成型工艺不同于建筑用砂浆，其强度要高得多，因此砂浆抗拉强度和弹性模量的确定方法，系参照AWWAC304的规定给出，相应的应变量为砂浆未产生裂缝时的数值。 4管道结构上的作用本章第4.1-4.3节的条文内容，均系根据现行国家标准《给水排水工程管道结构设计规范》GB50332的规定给出。其中，施加在管体上的预应力标准值，主要沿用原规范《给水排水工程结构设计规范》GBJ69-84的规定，仅对预应力钢丝的张拉控制应力及松弛引起的预应力损失值按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010和AWWAC304的规定作了调整，前者提高到了75%钢丝强度标准值，后者改以8%钢丝张拉应力控制值为基础，计人了双层钢丝缠绕时不同配筋率的影响，基本上与AWWAC304的规定取得了协调。 5基本设计规定本章系根据国家标准《给水排水工程管道结构设计规范KGB50332的规定拟定。条文内容主要有以下几个方面:1对承载能力极限状态，需计算管体强度和抗浮稳定。在管道改变走向处，尚应计算内水压力作用下管道的抗滑稳定性。2对正常使用极限状态，由于内水压力的作用管体截面多属小偏心受拉，因此需进行控制开裂的验算。3对管体结构的内力分析，条文明确应按弹性体系计算，不考虑非弹性变形引起的内力重分布。这是考虑到，埋地的给水排水管道所处的环境条件较为不利，必须保证管体结构具有可靠的耐久性。4本规程表5.1.3列出了管体计算时需考虑的作用组合工况，供工程应用。 6管道结构计算‘.1承载能力极限状态计算6.1.1本条给出了满足抗浮稳定的计算公式。式中对抗浮荷载，只计人作用在管顶的土压力和管道自重。实际上，在出现上浮失稳时，管顶土的破坏棱体重量要大于管顶土压力，同时还存在管壁与土体间的摩擦力。无疑，所给出的计算公式中，对抗浮荷载的估计是偏小的，但工程应用较方便，因此相应的抗浮稳定性抗力系数K,仅规定取1.1。这是两者相匹配的设计方法，可以满足工程应用要求。6.1.2本条给出了管道走向改变处的抗推力稳定计算。对抗推力采用了被动土压力，但考虑到抗推力真正达到被动土压时管道将产生较明显的滑动(位移)，因此取抗滑稳定性抗力系数K。为1.5，实质上是对被动土压力给予适当的限制，以达到避免或尽量减少管道位移的目的。6.1.3,6.1.4条文分别给出了管芯缠丝预应力混凝土管、预应力钢筒混凝土管的管体截面强度计算公式。对此，需要说明以下几点:1在进行强度计算时，不考虑混凝土参加工作，管体截面在组合作用下产生的拉力，完全由钢丝和钢筒承担。为此，核算截面应针对管体的起拱点。2管体的截面面积，对管芯缠丝预应力混凝土管仅取管芯计算，这是沿用了原规范《给水排水工程结构设计规范》GBJ69-84的规定;对预应力钢筒混凝土管则考虑了管芯混凝土、钢筒和砂浆保护层的折算面积，以便与AWWAC304相协调。3公式6.1.3和公式(6.1.4)中的系数3y，主要是为调整预41 应力钢丝强度设计值的取值。现行国家标准《混凝土结构设计规范)GB5001。规定的碳素钢丝的强度设计值仅为其极限抗拉强度的。71，而AWWAC304则直接采用钢丝的屈服强度，取值为其极限抗拉强度的。.85，两者取值相差很大。为此，条文中引人系数A，以便与AWWAC304取得协调。当制管工艺和钢丝材料性能与AWAC304标准相符时.A，值可取低限;对低内压、高覆土的情况，A，值宜取高限，以确保安全。6.1.5本条规定沿用了原规范《给水排水工程结构设计规范》GBJ69-84的要求。‘.2正常使用极限状态验算6.2.1,6.2.2条文分别给出了管芯缠丝预应力混凝土管、预应力钢筒混凝土管控制管芯混凝土截面开裂的计算公式。对此，需要说明以下几点:1条文给出的计算公式系管芯混凝土控制开裂的核算。因此，应核算管底或管顶的截面，此时外荷载对截面轴向力的影响较小，在给出的计算公式中未计入。2管芯缠丝预应力混凝土管的计算公式系沿用原规范GBJ69-84的规定，只是以几直接替代了R,，稍偏于安全。这也综合考虑了以往在工程实践中发生过爆管事故，为此对条文稍作了调整，几不再给予修正。3预应力钢筒混凝土管的计算公式中引人了系数x。作为对混凝土抗拉强度的调整。主要是AWWAC304对混凝土抗拉强度的取值与现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB5001。的规定相差较大。但AWWAC304对混凝土的配置要求很细致，并考虑了材料的延性。根据国内混凝土产品的试验资料，取A。为1.5是安全可靠的。6.2.3,6.2.4条文给出了控制砂浆保护层开裂的计算公式。此时应对管体两侧起拱点处截面进行核算。公式(6.2.3)系针对作42 用效应标准组合，公式(6.2.4)系针对作用效应准永久组合。条文对砂浆保护层的开裂控制较为严格，因为这是避免钢丝锈蚀的重要措施。在第6.2.3条计算公式(6.2.3-1)中引人了设计参数、，系考虑作用效应的标准组合，取1.5计算是允许砂浆保护层产生微裂。实际上，此时砂浆的弹性模量也会有所降低，但考虑到砂浆层微裂时弹性模量下降有限，因此未予计人，即假设砂浆层的变形与管芯混凝土的变形协调一致。 7构造规定7.1管体本节条文的内容系沿用原规范《给水排水工程结构设计规范》GBJ69-84的有关规定，并参照美国AWWAC304标准对预应力钢筒混凝土管的有关要求。7.2管道基础和沟摘回填7.2.1管芯缠丝预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管一般属于刚性管，其外压承载能力较大，通常都采用土弧基础。土弧基础的支承角2a(a为自管中线至一侧土弧支承面外缘的角度)，一般都采用90“和1200作为设计条件。考虑到在实际施工时管道的稳管定位、纠正偏差等因素，施工采用的土弧基础支承角2a宜适当留有余地，即比设计采用值增大150。设计人员应根据土质条件、管径、施工配套技术等因素综合考虑，并应在施工图纸上注明。7.2.2本条指出，当管道承受的外压荷载很大，而土弧基础不能满足管道承载力要求时，可采用混凝土基础提高其承载力。混凝土基础的支承角2a，一般采用1350,7.2.3本条文规定，当管道敷设在素土平基上时，由于管自重和外荷载的作用，管道存在一定的压陷，因此进行管体结构计算时，仍可按土弧基础考虑，但此时中心角2a可取200。同时，管底土基的土质应该是可压缩的，而不能是岩石等不可压缩的基层7.2.4本条明确了沟埋式管道四周回填土密实度的要求。埋地管道的受力状态不完全取决于管体本身的结构性能，而与周围土体密切相关(对柔性管的影响更甚)。条文提出了回填土的分区密实度要求，使管道顶部的填土处于中松侧实状态，可产生一定的拱4a 效应;同时对管道也加强了两侧土体的支承作用，使其受力得到改善，可充分发挥管体的承载能力7.2.5本条对填埋式管道的回填土密实度提出了要求。规定填埋式管道两侧的填土密实度不得低于90%，每侧的填土宽度不应小于2倍管外径，这样才能使管体获得有效的侧向支撑。并且，在施工时，应与此范围外的填土同时回填，否则很难保证要求范围内填土的密实度。7.3管道接头本节条文的内容主要依据工程应用经验及目前制管工艺条件，是一些行之有效的规定。关于接头缝隙的处理，对于预应力钢筒混凝土管直接影响钢制承插口的耐久性，因此条文指出，应根据输送水质及外部环境条件选择合适的填缝材料。同时，应优先选择柔性填缝材料，以使管道接头有适应一定变位的能力，这对埋设在地震区或软土地基上的管道尤为重要。7.4管件本节条文的内容主要依据工程应用经验。管件材料通常采用钢材，加工比较方便，但必须做好防腐处理。条文中给出的防腐做法是当前常用的、行之有效的方法;并不排除采用其他材料，但应具有良好的防腐性能并经实践证明可靠、适用。 《给水排水工程埋地管芯缠丝预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管管道结构设计规程》cEcs140:202勘误表页行〔或部位)误正0一前言1井经中国工程标准化协会井经中国工程建设标准化协会22管侧被动土压力标准值管侧主动土压力标准值7表4.25埋筒式钥筒预应力管埋里式钢筒预应力管人月勺8式4.25一6增加n的注释刀一预应力钢丝的弹性摸t与很凝土弹性模t的比值9倒10凡弘式6.1.2一1竺丛二坠竺巫:凡生二丛土垦践心、殊，15倒9凡一作用在支墩抗推力一与一作用在支绷抗推力一侧的侧的被动土压力标准值(妞)被动土压力标准值的合力伙N)倒7凡，一作用在支墩迎推力一瓜.k一作用在支墩迎推力一侧的侧的主动土压力标准值(洲)主动土压力标准值的合力(姗)l6式613一2梦。J.。凡kroxlo一，哄大J几或丙一}l6式613一3凡一}芍l74(..)(口)l77几吸 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