一种PCCP管道几何特征值的快速确定方法技术

本发明专利技术公开了一种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，本发明专利技术的积极效果是：采用本发明专利技术方法假定的PCCP几何特征值容易收敛，提高运算速度；而且，采用本发明专利技术方法确定的PCCP几何特征值，趋近于经济配筋率，构造上经济合理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种PCCP几何特征值的快速确定方法。
技术介绍
目前PCCP管道计算，首先根据国家标准GB/T 19685的规定，选择最小的管芯厚度和承插口工作面尺寸，则可以得到基本PCCP的几何特征值，然后根据工作压力P、覆土高度H等荷载作用进行迭代计算，主要涉及到预应力钢丝面积A和PCCP管芯混凝土的高度h两个几何特征值的假定与计算，然而现在却没有一套PCCP科学合理的选择几何特征值的方法。首先特征值假定的不合理，多次的迭代计算将严重影响设计人员的工作效率，这样设计出的结构，虽然在功能上能满足要求，但很大可能是不在经济的，若是在没有必要下出现双层缠绕钢丝，不仅仅操作复杂，而且耗费工时。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点，本专利技术提供了一种PCCP几何特征值的快速确定方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种PCCP管道几何特征值的快速优化确定方法，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Fsv,k、土荷载侧向土压力Fep,k、水重Gwk、PCCP管重G1k作用效应下的内力系数kvm、khm、kwm、kgm；步骤二、计算土荷载竖向土压力Fsv,k、土荷载侧向土压力Fep,k，车荷载qvk、PCCP管重G1k、水重Gwk、设计内水压力Fwd,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Mpms：式中：r0为管道的计算半径；在设计内水压力标准值作用下，管截面的轴向拉力为：Nps＝ψcFwd,kr0×10-3式中：ψc为可变作用的组合系数；步骤五、计算PCCP管芯截面边缘的截面模量W：W=Wc+EsEcWs+EyEcWy+EmEcWm]]>式中Wc、Ws、Wy、Wm分别为混凝土、钢筒、预应力钢丝、砂浆的截面模量，Ec、Es、Ey、Em分别为混凝土、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σss：σss=NpsAn+MpmsW,]]>其中：An为PCCP管横截面单元体折算面积An=bh+EsEcAs+EyEcA+EmEcAm]]>式中As、A、Am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：AP≥λyfpy(N1+M1maxd0-Asf)]]>式中λy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：AP≥Anσpe(σss-Kγftk)]]>式中σpe为预应力钢丝最终有效拉应力，ftk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：ϵmt≥σss5Em]]>式中fmt,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：ϵct≥2σss3Ec]]>式中ftk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，As1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，则校核输入的各项几何特征值，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。与现有技术相比，本专利技术的积极效果是：采用本专利技术方法假定的PCCP几何特征值容易收敛，提高运算速度；而且，采用本专利技术方法确定的PCCP几何特征值，趋近于经济配筋率，构造上经济合理。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1为PCCP管横截面示意图。具体实施方式一种PCCP几何特征值的快速确定方法，包括如下步骤：步骤一、采用结构力学方法，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kvm、khm、kwm、kgm(分别为竖向土压力Fsv,k、土荷载侧向土压力Fep,k、水重Gwk、PCCP管重G1k作用效应下的内力系数)；步骤二、计算土荷载竖向土压力Fsv,k、土荷载侧向土压力Fep,k，车荷载qvk、PCCP管重G1k、水重Gwk、设计内水压力Fwd,k等荷载标准值；其中：土荷载竖向土压力标准值按如下公式计算：Fsv,k＝CγsHD1式中：C为荷载系数，取1.2，γs为土的重度(即重力密度)，H为覆土高度，D1为管道外径；设计内水压力标准值按如下公式计算：Fwd,k＝1.4P式中：P为内水工压力，单位为MPa；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；S=γGSGk+γQ1SQ1k+Σi=2nγQiψciSQik]]>S=SGK+SQik+Σi=2nψciSQik]]>S=SGKΣi=2nψqiSQik]]>式中：SGk、SQik分别为永久荷载标注值乘以内力系数，可变荷载标注值乘以内力系数，ψc为可变作用的组合系数，取0.9，γG取1.0，γQ取1.4；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Mpms：式中：r本文档来自技高网...

【技术保护点】
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Fsv,k、土荷载侧向土压力Fep,k、水重Gwk、PCCP管重G1k作用效应下的内力系数kvm、khm、kwm、kgm；步骤二、计算土荷载竖向土压力Fsv,k、土荷载侧向土压力Fep,k，车荷载qvk、PCCP管重G1k、水重Gwk、设计内水压力Fwd,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Mpms：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：Nps=ψcFwd,kr0×10-3]]>步骤五、计算PCCP管芯截面边缘的截面模量W：W=Wc+EsEcWs+EyEcWy+EmEcWm]]>式中Wc、Ws、Wy、Wm分别为混凝土、钢筒、预应力钢丝、砂浆的截面模量，Es、Ey、Em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σss：σss=NpsAn+MpmsW,]]>其中：An为PCCP管横截面单元体折算面积An=bh+EsEcAs+EyEcA+EmEcAm]]>式中As、A、Am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：AP≥λyfpy(N1+M1maxd0-Asf)]]>式中λy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：AP≥Anσpe(σss-Kγftk)]]>式中σpe为预应力钢丝最终有效拉应力，ftk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：ϵmt≥σss5Em]]>式中fmt,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：ϵct≥2σss3Ec]]>式中ftk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，As1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。...

【技术特征摘要】
1.一种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Fsv,k、土荷载侧向土压力Fep,k、
水重Gwk、PCCP管重G1k作用效应下的内力系数kvm、khm、kwm、kgm；
步骤二、计算土荷载竖向土压力Fsv,k、土荷载侧向土压力Fep,k，车荷载qvk、
PCCP管重G1k、水重Gwk、设计内水压力Fwd,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Mpms：
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：
Nps=ψcFwd,kr0×10-3]]>步骤五、计算PCCP管芯截面边缘的截面模量W：
W=Wc+EsEcWs+EyEcWy+EmEcWm]]>式中Wc、Ws、Wy、Wm分别为混凝土、钢筒、预应力钢丝、砂浆的截面模量，
Es、Ey、Em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σss：
σss=NpsAn+MpmsW,]]>其中：An为PCCP管横截面单元体折算面积
An=bh+EsEcAs+EyEcA+EmEcAm]]>式中As、A、Am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：
AP≥λyfpy(N1+M1maxd0-Asf)]]>式中λy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：
AP≥Anσpe(σss-Kγftk)]]>式中σpe为预应力钢丝最终有效拉应力，ftk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：
ϵmt≥σss5Em]]>式中fmt,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...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵骁博，刘川，陈明轩，
申请(专利权)人：四川国统混凝土制品有限公司，新疆国统管道股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51