結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文：PCCP管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文：pccp管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、工程概況 大伙房水庫(kù)輸水應(yīng)急入連工程是由大伙房水庫(kù)向大連市輸水的一項(xiàng)大型輸水工程,輸水管線由大伙房水庫(kù)輸水(二期)工程之鞍山加壓泵站引出,年輸水量為3108m3。 本工程由兩部分組成:碧流河水庫(kù)北段工程和碧流河水庫(kù)南段工程。 碧流河水庫(kù)北段工程輸水線路全長(zhǎng)163.26km,其中; 鞍山加壓泵站。隧洞前輸水管線長(zhǎng)121.37kin,管線管材主要采用預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管(以下簡(jiǎn)稱pccp),管線穿越高速公路、省國(guó)道、鐵路、大中型河流等采用鋼管,管徑為dn2800。 輸水隧洞長(zhǎng)14.12km,為城門洞型斷面,隧洞斷面尺寸(bh)為3.2m3.48m, 隧洞后輸水

2、管線末端輸水管線長(zhǎng)27.77km,管線管材主要采用預(yù)應(yīng)力鋼套筒混凝土管(以下簡(jiǎn)稱pccp),管線穿越省國(guó)道、大中型河流等采用鋼管,管徑為dn2400。 對(duì)該工程采用的pccp管材設(shè)計(jì)應(yīng)用了美國(guó)供水工程協(xié)會(huì)ansi/awwa c304-99標(biāo)準(zhǔn)配套的設(shè)計(jì)程序“vdp”進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。 2、設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介 根據(jù)awwa c304-99標(biāo)準(zhǔn),采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法對(duì)pccp管進(jìn)行設(shè)計(jì),既考慮管材的預(yù)應(yīng)力狀況,也考慮外載(we。wt,ws)、管重(wp)和水重(wf)及工作壓力(pw)瞬時(shí)壓力(pt)檢驗(yàn)壓力(pft)的綜合影響,保證管材的使用可靠性,從彈性和強(qiáng)度極限上提供足夠的安全儲(chǔ)備設(shè)計(jì)。計(jì)算程序

3、采用awwa c304-99配套設(shè)計(jì)軟件udp和本院自編軟件cdp,規(guī)范要求的最小鋼絲面積作為鋼絲初始面積核對(duì)管體各項(xiàng)極限狀態(tài)的指標(biāo)要求,如果不能通過(guò)驗(yàn)算條件鋼絲面積自動(dòng)累加,直到滿足要求。 需要說(shuō)明的是根據(jù)awwa c304的默認(rèn)要求,預(yù)應(yīng)力鋼絲張拉控制應(yīng)力固定為鋼絲抗拉強(qiáng)度的75%,并且: 當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼絲只有一層時(shí)鋼絲的應(yīng)力松馳系數(shù)如下: r=0.111-3.5(as/ac) (awwa c304式6-30) 多層纏絲鋼絲應(yīng)力松馳系數(shù)如下: 內(nèi)部第一層纏絲: 其他層纏絲: 由于本工程要求fsg=0.7fsu,awwac304沒(méi)有給出當(dāng)fsg=0.7fsu時(shí)鋼絲應(yīng)力松馳系數(shù)的算法,根據(jù)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)

4、gbs0010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范第6.2.1條規(guī)定: 當(dāng)ocono.7fptk時(shí)鋼絲應(yīng)力松馳值: l4=0.125(coll+fptk-0.5)col3(式中口conll口為fsg、fptk即為fsu) 當(dāng)o.7fptkcon0.8fptk時(shí)鋼絲應(yīng)力松馳值: 14=0.2confptk-0.575)con 當(dāng)coil=0.7fptk時(shí)鋼絲應(yīng)力松馳值14=2.5%con,當(dāng)口con=0.75fptk寸鋼絲應(yīng)力松馳值14=3.5%con,由此可見(jiàn),當(dāng)fsg=0.7fsu時(shí)鋼絲應(yīng)力松馳值應(yīng)比當(dāng)fsg=0,75fsu的鋼絲應(yīng)力松馳值小,按fsg=0.7sfs計(jì)算更為保守,因此本報(bào)告不再尋求fsg=0.

5、7fsu時(shí)鋼絲應(yīng)力松馳系數(shù)的算法,其差值作為合理安全儲(chǔ)備。 3、設(shè)計(jì)條件選取 以下各參數(shù)為設(shè)計(jì)中易為忽視的部分。 3.1管道內(nèi)壓 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)內(nèi)壓為工作壓力+o.3mpa;瞬時(shí)壓力為工作壓力的40%;管道上部覆蓋土層厚度2、4、6m三種,與不同的工作壓力進(jìn)行組合。 3.2管基包角 管基中心角選取90。雖然在施工中采用120包角施工,但受承包人施工經(jīng)驗(yàn)、回填材料等多種因素影響。包角部位回填壓實(shí)質(zhì)量存在不穩(wěn)定情況,因此設(shè)計(jì)中仍然按90考慮,多出部分作為施工安全儲(chǔ)備。 3.3相對(duì)濕度 戶外設(shè)計(jì)相對(duì)濕度:本工程各標(biāo)分別取rh=52%、50%、60%。雖然業(yè)主在關(guān)于明確pccp管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題的意見(jiàn)中明確了p

6、ccp管材結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)力學(xué)參數(shù)中的相對(duì)濕度按照rh=60%計(jì)取,但考慮到各標(biāo)段環(huán)境溫度不盡相同,且其對(duì)管道的設(shè)計(jì)影響較小,因此對(duì)上述取值是可行的(只要不大于60%,數(shù)值越大越偏于保守)。 3.4土壤特性 土壤特性系數(shù)ku=0.15,為飽和表土的最大值。ku=0.19,為無(wú)粘性顆粒材料的取值,偏于保守,尤其是覆土較深的管道,計(jì)算土荷載偏大。根據(jù)awwa m9規(guī)定當(dāng)設(shè)計(jì)無(wú)資料時(shí)可以取ku=0.15。 3.5溝槽型式 管道埋設(shè)全線均采用上埋式。主要是因?yàn)榇笾睆絧ccp管鋪設(shè)線路一般較長(zhǎng),沿線工程地質(zhì)情況復(fù)雜,溝槽開(kāi)挖寬度很容易超出溝埋式的要求。采用溝埋式設(shè)計(jì)雖然可以節(jié)省部分造價(jià),但對(duì)結(jié)果影響不大。采用統(tǒng)

7、一的埋設(shè)型式,可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),也便于施工管理。 4、設(shè)計(jì)原則 本工程二標(biāo)、三標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用美國(guó)混凝土壓力管協(xié)會(huì)awwa c304標(biāo)準(zhǔn)配套程序udp設(shè)計(jì)軟件,該軟件系統(tǒng)默認(rèn)鋼絲直徑及抗拉強(qiáng)度均為英制規(guī)格且無(wú)公制選項(xiàng),預(yù)應(yīng)力鋼絲張拉控制應(yīng)力固定為鋼絲抗拉強(qiáng)度的75%,而招標(biāo)文件明確為70%,因此承包商采用如下等效預(yù)壓應(yīng)力的方法進(jìn)行換算: 按此換算方法,多數(shù)情況下是可行的,但是,awwa c304共有14種荷載組合、14種不同的控制條件,當(dāng)按udpr件計(jì)算時(shí)出現(xiàn)如設(shè)計(jì)控制條件為awwa c304第7.4.1條規(guī)定的“在荷載內(nèi)壓組合fwl,fwlr2及ft2情況下,預(yù)應(yīng)力鋼絲內(nèi)最大拉應(yīng)力不得高于總纏絲應(yīng)力fsl”及awwa c304第7.5.i條規(guī)定的“當(dāng)管子承受荷載與內(nèi)壓組合fwt3及fwt4時(shí),預(yù)應(yīng)力鋼絲最大拉應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)其屈服強(qiáng)度f(wàn)sy”時(shí),該轉(zhuǎn)換方法就不合適,當(dāng)管子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)以上控制條件時(shí),以上換算方法偏于保守。 5、結(jié)語(yǔ) 結(jié)合本院工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和本工程的實(shí)際情況,為確保pccp管芯混凝土質(zhì)量,設(shè)計(jì)時(shí)盡量選用低標(biāo)號(hào)混凝土,同時(shí)考慮生產(chǎn)進(jìn)度和簡(jiǎn)化生產(chǎn)管理,盡量