一种PCCP管道几何特征值的快速确定方法

摘要

本发明公开了一种PCCP管道几何特征值的快速确定方法，通过建立平面一次超静定模型,获得PCCP管顶、管底、管侧在外荷载作用效应下的内力系数、计算土荷载竖向土压力、土荷载侧向土压力，车荷载、PCCP管重、水重、设计内水压力等荷载标准值；计算所需最小预应力钢丝面积；预应力钢丝的最小截面面积；然后根据覆土厚度和工作压力对预应力钢丝面积和管芯混凝土高度进行调整，最终使得PCCP管横截面的经济配筋率与管横截面的实际配筋率相等。与现有技术相比，本发明的积极效果是：采用本发明方法假定的PCCP几何特征值容易收敛，提高运算速度；而且，采用本发明方法确定的PCCP几何特征值，趋近于经济配筋率，构造上经济合理。

主权项

一种PCCP管道几何特征值的快速确定方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、建立平面一次超静定模型,获得PCCP管顶、管底、管侧在外荷载作用效应下的内力系数，包括：分别为竖向土压力F_sv,k、土荷载侧向土压力F_ep,k、水重G_wk、PCCP管重G_1k作用效应下的内力系数k_vm、k_hm、k_wm、k_gm；步骤二、计算土荷载竖向土压力F_sv,k、土荷载侧向土压力F_ep,k，车荷载q_vk、PCCP管重G_1k、水重G_wk、设计内水压力F_wd,k等荷载标准值；步骤三、将荷载标准值形成各种工况荷载效应组合，分别计算出荷载效应基本组合设计值、标准组合设计值、准永久组合设计值；步骤四、按如下公式计算在土荷载、车荷载、PCCCP管重、水重等外荷载的标准组合下，管顶和管顶截面最大弯矩M_pms：式中：r₀为管道的计算半径；在内水压力标准值作用下，管截面的轴向拉力为：$N_{\mathrm{ps}}={\psi }_c{F}_{\mathrm{wd},k}{r}_0\times {10}^{-3}$步骤五、计算PCCP管芯截面边缘的截面模量W：$W=W_c+\frac{E_s}{E_c}{W}_s+\frac{E_y}{E_c}{W}_y+\frac{E_m}{E_c}{W}_m$式中W_c、W_s、W_y、W_m分别为混凝土、钢筒、预应力钢丝、砂浆的截面模量，E_s、E_y、E_m分别为钢筒、预应力钢丝、砂浆的弹性模量；步骤六、按如下公式计算管顶和管顶截面边缘的最大拉应力σ_ss：${\sigma }_{\mathrm{ss}}=\frac{N_{\mathrm{ps}}}{A_n}+\frac{M_{\mathrm{pms}}}{W},$其中：A_n为PCCP管横截面单元体折算面积$A_n=\mathrm{bh}+\frac{E_s}{E_c}{A}_s+\frac{E_y}{E_c}A+\frac{E_m}{E_c}{A}_m$式中A_s、A、A_m分别为钢筒、预应力钢丝和砂浆的截面积；步骤七、在承载能力极限状态基本组合作用下，计算所需最小预应力钢丝面积：$A_P\ge \frac{{\lambda }_y}{f_{\mathrm{py}}}(N_1+\frac{{M^1}_{\max }}{d_0}-A_{s}f)$式中λ_y为总拉力调整系数，d₀为预应力钢丝中心至管壁截面形心的距离，f为钢筒的抗拉强度设计值；步骤八、计算在荷载标准组合下，且PCCP管截面边缘的最大拉应力≤混凝土抗拉强度标准值时，预应力钢丝的最小截面面积：$A_P\ge \frac{A_n}{{\sigma }_{\mathrm{pe}}}({\sigma }_{\mathrm{ss}}-\mathrm{K\gamma }{f}_{\mathrm{tk}})$式中σ_pe为预应力钢丝最终有效拉应力，f_tk为混凝土抗拉强度标准值，Kγ为塑性调整系数；步骤九、判断在准永久组合作用下保护层砂浆拉应变是否满足：${ϵ}_{\mathrm{mt}}\ge \frac{{\sigma }_{\mathrm{ss}}}{5E_m}$式中f_mt,k为砂浆的抗拉强度标准值，如果不满足，则重新假定管芯混凝土的高度h，然后进入步骤十；如果满足，则进入步骤十一；步骤十、根据覆土厚度和工作压力对预应力钢丝面积和管芯混凝土高度进行调整，然后返回步骤二；步骤十一、判断在准永久组合作用PCCP管芯混凝土拉应变是否满足：${ϵ}_{\mathrm{ct}}\ge \frac{{2\sigma }_{\mathrm{ss}}}{3E_c}$式中f_tk为混凝土的抗拉强度标准值，如果不满足，则重新假定管芯混凝土的高度h，然后返回步骤十，如果满足，则认为PCCP管截面上轴力和弯矩平衡，然后进入步骤十二；步骤十二、判断是否≤5％，其中，A为PCCP预应力钢丝截面面积，A_s1为第三方PCCP结构设计软件计算出的预应力钢丝截面面积：若是，则进入步骤十三；若否，则重新假定管芯混凝土的高度h，然后返回步骤十；步骤十三、判断PCCP管横截面的经济配筋率ρ'是否与管横截面的实际配筋率ρ相等，如果相等则计算结束；如果ρ＞ρ'则增加管芯混凝土高度h，然后返回步骤十；如果ρ＜ρ'，则减小管芯混凝土高度h，然后返回步骤十。