预应力混凝土给水管在旧城改造应用的探讨

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预应力混凝土给水管在旧城改造应用的探讨

预应力混凝土给水管(PCCP)在旧城改造中的应用具有重要意义。随着城市化进程的加快,旧城区的供水管网逐渐老化,管道渗漏、腐蚀等问题频发,严重影响居民用水安全和城市基础设施的稳定运行。预应力混凝土给水管凭借其高强度、耐腐蚀、使用寿命长等优点,成为旧城供水管网改造的理想选择。

然而,在旧城改造中应用PCCP管也面临挑战,如施工空间有限、需协调其他地下设施以及初期投资较高等问题。因此,在实际应用中,应结合旧城区的具体情况,科学规划管网布局,优化施工方案,并采用先进的检测技术和管理手段,确保改造工程的质量和效率。

综上所述,预应力混凝土给水管在旧城改造中的应用不仅能解决供水安全问题,还能提升城市基础设施的整体水平,为城市的可持续发展提供有力支持。

(外径×长度)φ 616× 5000 (mm) 混凝土等级C40

ny/t 1220.1-2019 沼气工程技术规范 第1部分:工程设计 设配筋 12 φ 4 钢丝强度1570MPa

1.2 结构材料

外径φ=616(mm)

管长L=5000(mm)

壁厚t=58(mm)

C40混凝土强度设计值fc=21.5 (N/mm2)

C40混凝土抗拉强度标准值ftk=2.45 (N/mm2)

钢筋强度标准值fptk=1570 (N/mm2)

钢筋强度设计值fpy=1100(N/mm2)

受压钢筋强度设计值f'py=400(N/mm2)

保护层c= 39 mm (从管外壁至纵筋中心位置)

钢筋弹性模量Es=200000(N/mm2)

混凝土弹性模量Eh= 32500(N/mm2)

钢筋与混凝土弹性模量比αe= 6.15

的管外半径r2= 308(mm)

管内半径r1= 250(mm)

(r1+r2)/2= 279(mm)

纵向钢筋在圆半径rp=269(mm)

横截面积A= 101675(mm2)

纵向钢筋总面积Ap= 151 (mm2)

配筋率ρte=As/(2*A0) 0.0007

1.3 张拉控制应力σcon

σcon=0.70*fptk= 1099(N/mm2)

1.4预应力损失计算

1)锚具变形及钢筋回缩引起的损失

σl1=α*Es/L= 40 (N/mm2) (α=1)

2)温差引起的损失

σl2=2*△t= 40 (N/mm2) (△t= 20)

3)钢丝松弛引起的损失

第一阶段应力损失σlI=σl1+σl2+σl4= 159 (N/mm2)

4)混凝土收缩和徐变引起的损失σl5

σl5=(45+280*σpcl/35)/(1+15*ρet)= 53.11 (N/mm2)

第二阶段应力损失σlⅡ=σl5

总的预应力损失:σL=σlⅠ+σlⅡ= 212.2 (N/mm2)

受压区混凝土截面面积与全截面面积的比

(sin(π*α)= 0.225 sin(3*π*α/2)= 0.334 )

正常使用弯矩:M标=M/1.43= 32.02 (kN.mm)

下面按简支支承条件情况计算管段中点能承受的集中力P及管段能承受的均布荷载力q:

P=4*M极限/5= 36.64 (kN)

q=8*M极限/5x5= 14.66 (kN/m)

b. 正常使用弯矩作用下

P=4*M标/5= 25.62 (kN)

q=8*M标/5x5= 10.24 (kN/m)

2 横向(环形)承载能力计算

根据王位升论著的《我国预应力混管内外压强度转换及工程选项管实用计算方法》(混凝土与水泥制品1999N0.1)道路及排水工程技术标书,只要知道管子的抗裂压力指标,即可换算其横向(环形)可承受的安全外压荷载Pcr,本例:d500/0.6MPa,其抗裂压力为1.25MPa,经计算其安全外压为Pcr77.27KN/m。

其余常用的d600~d1000/0.6MPa,三阶段管子其纵向、横向(环形)承载能力计算结果详见下表。

注:①表中弯矩,集中荷载、均布荷载计算是以管子简支情况计算的。

②安全外压数据是以管子抗裂内水压力计算的

在市政给水系统中,管材的选用目前常用的有金属管材(如钢管,球黑铸铁管等),化学材料管材(如聚乙稀即PE管),混凝土管(如预应力、自应力混凝土管、钢筒混凝土管)等。在配合城市建设而进行的给水管网改造中,由于工程的特殊性,如涉及的改管费用部分需要供水企业负担,工期紧迫,对具有管体长,抗裂、防锈性能优良,橡胶圈柔性连接易于安装,造价适中等诸多优点的预应力混凝土管,仍得到资金紧张的供水企业广泛选用。但对以上计算结果进行分析可知,预应力混凝土管在空管简支情况下承受外压能力均很低,且横向强度(Pcr)大于纵向承载能力,这要求我们在进行管子设计、施工中要特别注意,在实际工程施工安装过程中,如认识不到以上特点,盲目设计施工,预应力混凝土给水管发生裂管、断管质量事故就不可避免。

3. 《我国预应力混管内外压强度转换及工程选项管实用计算方法》王位升(混凝土与水泥制品1999N0.1)

大连汽车码头工程检测线车间工程施工组织设计4.《预应力混凝土输水管标准产品结构设计手册》李淑君1989.

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