预应力钢筒混凝土管 ( PCCP)在输水过程中承受外荷载, 在应力场作用下产生裂缝, 影响结 构的稳定性. 根据美国规范 AWWA C301、AWWA C304中的极限状态设计方法设计预应力钢筒混凝土 管, 对所设计的 PCCP管进行有限元模拟, 分析了 PCCP管应力应变以及破坏机理, 并比较了规范法和有 限元法的计算结果. 为预应力钢筒混凝土管的设计提供计算分析参考.  关键词 预应力钢筒混凝土管; 极限状态设计方法; 有限元 中图分类号: TU528
73 文献标识码: B 文章编号: 1000 0860( 2005) 04 0053 03 Discussion on design of pre stressed stee l cylindrical concrete pipe (PCCP ) ZHANG She rong1, ZHANG C ai x iu1, GU Hu i2 ( 1
Schoo l o f C iv il Eng ineering, T ianjin Un iv ersity, T ianjin 300072, Ch ina; 2
H ebe iResearch Institute o f Investiga tion and Design o fW ater Conserv ancy and H ydropowe r, T ianjin 300250, China) Abstrac t: The pre stressed stee l cy lindrical concre te pipe ( PCCP) endures ex terior loads during transferring w ater, so it m ay crack under the effects from the stress fie ld possibly, which w ill have an im pac t on the structure o f the pipe. The design o f a pre stressed stee l cy lindrical concrete p ipe is discussed in accordance w ith the design m ethod based on the lim ited cond ition from the standards o f AWWA C301 and AWWA C304 from the Am ericanW aterW orks A ssoc iation here in, and then the designed p ipe is m ode led w ith them e thod of the fin ite e lem ent ana ly sis, in wh ich both the stress stra in status and the destructivemechan ism of the p ipe are ana lyzed and the comparison is made between the calcu lation resu lts from the m ethod based on the standa rd and the m ethod of the finite e lem ent ana lysis as we l.l On the whole, the d iscussion g iven herein prov ides a re ference for the ca lcu la tion and the ana lysis in the design o f the pre stressed steel cy lindrical concre te p ipe. K ey words: pre stressed steel cy lindrical conc rete p ipe; lim it design ; fin ite elem ent ana ly sis 收稿日期: 2005 01 12 作者简介: 张社荣 ( 1960! ), 男, 教授, 博士. 1 PCCP管设计方法及设计成果 PCCP是一种复合管材, 美国规范 AWWA C301、 AWWA C304中对 PCCP管的设计方法为极限状态设 计法, 此法主要考虑管壁单位圆环内由内压、外荷载、 管重和管内水重引起的极限轴力和弯矩, 在具体设计 时, 规定了三种极限状态设计准则: 工作极限状态设计 准则、弹性极限状态设计准则、强度极限状态设计准则. 根据极限状态设计方法, 设计直径为 4
0 m、工作 内水压力为 0
6M Pa的 PCCP 管, 总的设计思路为: ( 1)假定 PCCP管各组成部分的尺寸, 计算 PCCP外荷 载; ( 2)选择各部分材料的设计参数; ( 3)计算预应力 钢丝的最小面积; ( 4)判断各种荷载组合条件下各个 准则能否满足, 如果能满足计算结束, 否则增大钢丝面 积重新计算, 如果仍不能满足, 则需要重新设定 PCCP 管各部分的尺寸计算. 1
1 PCCP管基本参数 现仅将工作极限状态情况下,管芯内壁出现可见裂 缝准则的简要计算过程介绍如下. 在荷载组合 WT1 (WT1= 静荷载 + 管子自重 + 流体自重 + 工作内压 + 瞬时内压 )条件下,设计一个可承受工作内压 0
6MPa, 管径 4
0m 的 PCCP管. 初选钢筒外径 4
221m, 包括钢 筒厚度在内的管芯总厚度 0
303 m; 工作内压 0
6MPa,

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