CECS140：2002_给水排水工程埋地管芯缠丝预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管管道结构设计规程.pdf

仁 亘 暑 CECS 1 4 0; 2 0 0 2 中国工程建设标准化协会标准 给水排水工程 埋地管芯缠丝预应力混凝土管 和预应力钢筒混凝土管管道 结构设计规程 S p e c i f i c a t i o n f o r s t r u c t u r a l d e s i g n o f b u r i e d p r e s t r e s s e d c o n c re t e p i p e l i n e o f w a t e r s u p p l y a n d s e we r a 9 毋e n g m e e nn 坦 中国工程建设标准化协会标准 给水排水工程 埋地管芯缠丝预应力混凝土管 和预应力钢筒混凝土管管道 结构设计规程 S p e c i f i c a t i o n f o r s t r u c t u r a l d e s i g n o f b u r i e d p r e s t r e s s e d c o n c r e t e p i p e l i n e o f w a t e r s u p p l y a n d s e w e r a g e e n 即 n e e r i n g 卫〔 51 4 0 2 0 0 2 主编单位 北京市市政工程设计研究总院 批准单位 中国工程建设标准化 协会 施行 日 期 2 0 0 3 年3 月1 日 o 9舀 本规程的内容原属于 给水排水工程结构设计规范 G B J 6 9 - 8 4中的第七章。为了逐步与国际接轨， 并便于工程应用和今后修 订， 现按照中国工程建设标准化协会 9 4 建标协字第 1 1 号 关于下 达推荐性标准编制计划的函 的要求进行修订， 并独立成本。 本规程系根据国家标准 建筑结构可靠度设计统一标准 G 日 5 0 0 6 8和 工程结构可靠度设计统一标准 G B J 1 5 3 规定的原则， 采 用以概率理论为基础的极限状态设计方法编制， 并与有关的结构专 业设计规范协调一致。 本规程在修订过程中， 总结了近十多年来原 给水排水工程结 构设计规范 G B J 6 9 -8 4 的工程实践经验， 吸取了国外相关标准的 内容， 并经中国工程标准化协会管道结构委员会多次讨论， 使内容 有了充实和完善。 根据国家计委计标「 1 9 8 6 ] 1 6 4 9 号文 关于请中国工程建设标准 化委员会负责组织推荐性工程建设标准试点工作的通知 的要求， 现批准协会标准 给水排水工程埋地管芯缠丝预应力混凝土和预应 力钢 筒混凝土管管道结构设计 规程 ， 编号为C E C S 1 4 0 2 0 0 2 ， 推 荐 给工程建设设计、 施工、 使用单位采用。 本规程第 3 . 1 . 1 , 3 . 1 . 3 , 3 . 2 . 1 , 3 . 3 . 1 , 5 . 2 . 2 , 5 . 2 . 4 , 5 . 2 . 5 , 5 . 3 . 1 , 7 . 1 . 1 , 7 . 1 . 3条建议列人 工程建设标准强制性条文 。 本规程由中国工程建设标准化协会管道结构委员会 C E C S / T C 1 7 北京西城区月坛南街乙二号北京市市政工程设计研究总 院， 邮编 1 0 0 0 4 5 归口 管理， 并负责解释。 在使用中如发现需要修 改或补充之处， 请将意见和资料径寄解释单位。 主 编 单 位 北京市市政工程设计研究总院 主要起草人翟荣申刘雨生沈世杰潘家多 中国工程建设标准化协会 2 0 0 2年 1 2月 2 5日 目录 1 总则 ⋯⋯ 1 2 主要符号 ⋯⋯ 2 3 材料 。 一4 3 . 1 管芯混凝土、 、 、 、 、 ， ， 、 ， 、 “ 、 ，、 ‘ ， ‘ 一4 32 预应力钢丝 ⋯⋯ 4 3 . 3 钢筒 ⋯⋯ 5 3 . 4 砂浆保护层。 ， 。 。 。 . 。 ⋯ ‘ ⋯5 4 管道结 构上的 作用 ⋯⋯ 6 4 . 1 作用分类和作用代表值 ⋯⋯ 6 4 . 2 永久作用标准值 。 一6 4 . 3 可变作用标准值、 准永久值系数 ， ⋯⋯ 9 5 基 本设计规定 ， ⋯⋯ 1 1 5 . 1 一般规定 。 。 。 ⋯⋯ 1 1 5 . 2 承载能力极限状态计算规定 ⋯⋯ 1 2 5 . 3 正常使用极限状态验算规定 ⋯ ⋯ 1 3 6 管 道结构计算 ⋯⋯ 1 5 6 . 1 承载能力极限状态计算 ⋯ ⋯ 1 5 6 . 2 正常使用极限状态脸算 ⋯⋯ 1 8 7 构造规定 ⋯⋯ 2 1 7 . 1 管体. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 7 . 2 管道基础和沟槽回填 ⋯⋯ 2 1 7 . 3 管道接头 ⋯⋯ 2 2 7 , 4 管件 ⋯ ⋯ 2 2 附录 A 管顶竖向土压力标准值 ⋯⋯ 2 4 t 附录B 侧向 土压力 标准值 一 2 5 附录C 地面车辆荷载对管 道的 作用标准值 ⋯⋯ 2 6 附录D 预应力钢 筒混凝土管弹 性抵抗矩折算系数 ⋯⋯ 2 s 附录E 圆 形刚 性管道在荷载 作用下的弯矩系数 ⋯⋯ 2 s 本 规程用词说明 ， ， ⋯⋯ 3 0 附 条文说明 ， ， ⋯⋯ 3 1 1 总则 1 . 0 . 1 为了在给水排水工程埋地预应力 管芯缠丝工艺 混凝土管 和预应力钢筒混凝土管管道结构设计中贯彻执行国家的技术经济 政策， 做到技术先进、 经济合理、 安全适用、 确保质量， 制定本规程。 1 . 0 . 2 本规程适用于管芯缠丝预应力混凝土管和预应力钢筒混凝 土管管道的结构设计。 1 . 0 . 3 本规程是根据现行国家标准 给水排水工程管道结构设计 规范 G B 5 0 3 3 2 规定的原则制定的。 1 . 0 . 4 对于建设在地震区、 湿陷性黄土或膨胀土等特殊条件地区 的预应力 管芯缠丝工艺 混凝土管和预应力钢筒混凝土管管道的 结构设计， 除应执行本规程外， 尚应符合国家现行有关标准的规定。 2 主 要 符 号 2 . 0 . 1 管道上的作用和作用效应 F ro k 管侧被动土压力 标准值; F fw , k 浮托力标准值; F P k 管侧被动土压力标准值; F .， , k 管道单位长度上管顶竖向土压力标准值; Fk 管道的工作压力标准值; F , k 管道的设计内水压力标准值; M- . 组合作用下管壁截面上的最大弯矩; N组合作用下管壁截面上的轴向力; Qk 地面车辆的单个轮压标准值; 4 m k 地面堆积荷载标准值; 4 . k 地面车辆轮压产生的管顶处单位面积上竖向压力标 准值 ; a s 环向预应力钢丝的有效预加应力。 2 . 0 . 2 材料 f - , k 砂浆抗压强度标准值; f . 1 , k 砂浆抗拉 强度标准值; E m 砂浆的弹性模量; E } -混凝土的弹性模量; ‘砂浆出现可见裂缝时的应变量。 2 . 0 . 3 几何参数 A ro 管芯混凝土截面面积; A x -钢筒截面面积; A } 管壁截面 含管芯混凝土、 钢丝和砂浆保护层 的折算 面积 ; A n 管壁截面 含管芯混凝土、 钢丝、 钢筒和砂浆保护层 的折算面积; A o 环向预 应力钢丝截面面积; a 单个车轮着地分布长度; b 一单个车轮着地分布宽度; D , 圆管 外壁直径; 从管顶至设计地面的覆土高度。 2 . 0 . 4 计算系数 C填埋式土压力系数; C d 开槽施工土压力系数; C , 不开槽施工土压力系数; a } , -混凝土拉应力限制系数; Y ‘ 一 矩形截面抵抗距的塑性系数; P d 动力系数; 二管壁截面受拉边缘的弹性抵抗矩折算系数。 3 材料 3 . 1 管芯混凝土 3 . 1 . 1 管芯混凝土设计强度等级不得低于C 4 0 , 3 . 1 . 2 管芯混凝土的抗拉强度标准值、 弹性模量等力学性能指标， 应按现行国家标准 混凝土结构设计规范 G B 5 0 0 1 0的规定采用。 离心成型的管芯混凝土强度， 可按现行国家标准 预应力混凝土输 水管 管芯缠丝工艺 G B 5 6 9 6的规定提高2 5 采用。 3 . 1 . 3 管芯混凝土的碱含f应符合现行中国工程建设标准化协会 标准 混凝土碱含f限值标准 C E C S 5 3的规定。 3 . 1 . 4 混凝土配制中采用的外加剂， 应符合现行国家标准 混凝土 外加剂应用技术规范 G B 5 0 1 1 9的规定， 并应通过检验确定其适用 性及相应的掺量。 3 . 2预应力钢 丝 3 . 2 . 1 预应力钢丝应采用商强度碳素钢丝. 直径不得小于4 m m， 其 物理力学性能指标除应符合现行国家标准 预应力混凝土用钢丝 G B / T 5 2 2 3的规定外. 尚应满足下列抗扭试验的规定 1 采用由钢丝盘卷端直接剪下的钢丝作为试样。试样在扭转 机和两夹具间的长度为 2 0 0 m m。在相当于 0 . 5 -2 . 0 的钢丝最 低断裂强度的轴向力作用下， 试样断裂时的扭转圈数. 对直径为 4 m m, 5 m m的钢丝不应少于 8圈， 对直径为 6 m m, 7 m m的钢丝不应 少于 6圈。 2 试样的扭断裂面上不应出现沿试样长度方向延伸的蛆旋形 纵向 裂缝。如经肉眼观察或手指触摸发现存在此类裂缝， 则该卷 钢丝应重新进行试验。重新试验时， 试样长度不应小于2 0 0 m m， 以 每2 0 0 m m长扭转3圈的比例进行扭转试验. 并使用5倍放大镜检测 裂缝。如见到环向、 螺旋形【 纵向 裂缝， 则应判该卷钢丝为不合格。 3 . 2 . 2 普通钢筋和预应力钢丝的强度标准值及弹性模量， 应按现 行国家标准 混凝土结构设计规范 G B 5 0 0 1 0的规定采用。 3 . 3 钢筒 3 . 3 . 1 钢筒用钢板的厚度不得小于 1 . 5 m m， 其物理力学性能指标 应符合现行国家标准 碳索结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢 带 G B / T 9 1 2的规定。 3 . 3 . 2 钢筒用钢板的强度设计值和弹性模量应按现行国家标准 钢结构设计规范 G B 5 0 0 1 7的规定采用。 3 . 4 砂浆保护层 3 . 4 . 1 砂浆的抗拉强度标准值应符合下列要求 f - , - o - 5 8 V 瓜, 3 . 4 . 1 式中f - I A 砂浆的抗拉强度标准值 MP a ; f m c ,k 砂浆的抗压强度标准值 MP a ， 根据生产厂提供的 数据采用或设计指定由生产厂家满足要求。 3 . 4 . 2 砂浆的弹性模量凡 MP ,q 应按下式确定 E m 8 2 4 7几 、 。 3 3 . 4 . 2 3 . 4 . 3 管体砂浆保护层相应于砂浆抗拉强度的应变量 ‘， 应按下 式确定 。二f - k 练 3 . 4 . 3 4 管道结构上的作用 4 . 1 作用分类和作用代表值 4 . 1 . 1 管道结构 上的作用分为永 久作用和可变作 用两类。 1 永久作用应包括管自重、 竖向土压力和侧向土压力、 管道内 水重、 预加应力、 地基不均匀沉降; 2 可变作用应包括地面堆积荷载、 地面车辆荷载、 管道内静水 压力及地下水压力。 4 . 1 . 2 管道结构设计时， 对不同性质的作用应采用不同的代表值。 作用标准值为作用的基本代表值。 对永久作用， 应采用标准值作为代表值。对可变作用， 应根据 设计要求采用标准值、 组合值或准永久值作为代表值。可变作用组 合值应为可变作用标准值乘以作用的组合系数; 可变作用准永久值 应为可变作用标准值乘以作用的准永久值系数。 4 . 1 . 3 当管道结构承受两种或两种以上可变作用， 按承载能力极 限状态的作用效应基本组合进行设计或按正常使用极限状态的作 用效应标准组合进行设计时， 可变作用应采用标准值和组合值作为 代表值。 4 . 1 . 4 当按正常使用极限状态的作用效应准永久组合进行设计 时， 可变作用应采用准永久值作为代表值。 4 . 2 永久作用标准值 4 . 2 . 1 管自 重和水重的标准值可按管道的设计尺寸与相应材料单 位体积的自 重标准值计算确定。常用材料单位体积的自重标准值 可按表4 . 2 . 1 采用。 表4 . 2 . 1 常用材料单位体积的自，标准值 k tv / ue l 材料钢 筋混凝土水泥 砂浆钢丝钢筒水 自重标准值2 52 27 8 . 57 8 . 5 1 0 4 . 2 . 2 作用在单位长度管道上的竖向土压力标准值 F - , ， 应根据 管道埋设方式按附录A确定。 4 . 2 . 3 作用在单位长 度管道上的侧向土压力 标准值F - k . F l k ， 应按 附录B确定。 4 . 2 . 4 施加在管道上的预加应力标准值 a s ， 应为预应力钢丝的张 拉控制应力值6 W扣除相应张拉工艺的各项应力损失值。预应力钢 丝的张拉控制应力值不宜超过其强度标准值的7 5 0 0 , 4 . 2 . 5 相应预应力张拉工艺的各项预应力损失， 应按表4 . 2 . 5 的规 定计算， 并应符合下列要求 襄4 . 2 . 5 各种管型的预应力捆失组合表 1 , m 4, f 管 芯缠丝 预 应 力管环 向 预应力 管芯缠 丝预 应力管 纵向 预应 力 衬 筒式钢 筒 预应 力管 环 向预应 力 埋筒式 钢筒 预应力管 环向预 应力 张拉错具 变形 即 寸 锅丝应 力松弛 o a 训丫了了 混凝土收缩 徐变 向丫丫甲了 注 表 中， 有J 的项 目表示应计算 的预应 力损失 . 1 张拉锚具变形引起的预应力损失a， 应按下式确定 o ,, 一 令 E 4 . 2 . 5 - 1 式中A 张拉端锚具的变形值 mm ， 可按1 . O mm计算; Z 张拉端至锚固端之间的距离 m m ; E ,钢丝的弹性模量 N / m m} ， 可取 1 . 8 X 1 0 N / m m } a 2 钢丝应力松弛引起的预应力损失 a s， 应按下式确定 a s Ea , z ， 4 . 2 . 5 - 2 c a , 0 . 0 8 a .0 , 人 4 . 2 . 5 - 3 式中a n . 第 I 层钢丝松弛引起的预应力损失 N 八ru n g ; ‘n 预应力钢丝的张拉控制应力; 或 管芯制管工艺影响系数， 当立式浇注时应取 1 . 0 ; 当 离心机成型时宜取 1 . 2 ; 九对第 I 层钢丝的配筋影响系数， 对单层配筋应取1 . 0 ; 对 双 层 配 筋 的 第 一 层 钢 丝， 当 其 配 筋 率p , 1 . 。 时 应取。 . 7 , p , a,，一 “,f }kA “as 。 一 N o, -A y. M W 6 . 2 . 2 - 1 6 . 2 . 2 - 2 式中A , 管芯混凝土、 砂浆、 钢筒和钢丝的截面折算面积 mm / m ; I , --混凝土材料强度调整系数， 取 1 . 5 , W ,管壁 含管芯混凝土、 钢筒、 钢丝、 砂浆保护层 矩形截 面未经折算的受拉边缘弹性抵抗矩 m m / M ; 二管壁截面受拉边缘弹性抵抗矩的折算系数， 按附录D 确定 。 6 . 2 . 3 在标准组合下， 管体的环向预应力钢丝截面面积， 尚应符合 下列要求 1 管芯缠丝预应力混凝土管 _ 、 A ， A ,“一 E m o te , } 萦 6 . 2 . 3 - 1 N.Mm .x a ll ， 犷- 州 卜， 1 弓 下- ti n s 1} } n o 6 . 2 . 3 - 2 N Po y F .a A r o 一。 . 5 F, k A 4 ,A 6 . 2 . 3 - 3 fpm, r o [k. F k O , 4 . k D I k } F . , . k D , k } G h k } G I k I 6 . 2 . 3 - 4 式中成在作用效应标准组合下， 管体两侧计算截面边缘的最 大拉应力 N / m m ; N 在作用效应标准组合下， 管体两侧计算截面上的轴向 拉力 N/ m ; Mf , 在作用效应标准组合下， 管体两侧计算截面上的最大 弯矩 N “ mm / m ; 及管芯混凝土的弹性模量 N / m m } ; 、管体砂浆保护层相应于抗拉强度的应变量， 按本规程 第 3 . 4 . 3 条采用; 、 砂浆保护层 应变 量设计参数， 取1 . 5 , 2 预应力钢筒混凝土管 _ 、 A A p i ‘ 一 “ E ,o [t c } 采 6 . 2 . 3 - 5 、 一 A } Y- W 6 . 2 . 3 - 6 6 . 2 . 4 在准永久 组合下， 管体的环向 预应力钢丝截面面积， 应符合 下列要求 1 管芯缠丝预应力混凝土管 ，， ，。、 A - f i p i 1 a 9, - E G c J 丽 6 . 2 . 4 - 1 * _ _N M }A r , Y W 6 . 2 . 4 - 2 N 5G . F , n 一 0 . 5 F,k Sbq , k D , 6 . 2 . 4 - 3 M - x r o L k - F ,, ., ,p , , q } k D , k - F . , , , D , k - G k k _ G 、 〕 6 . 2 . 4 - 4 式中 d ,, 一 一 在作用效应准永久组合下， 管体两侧计算截面边缘的 最大拉应力 N / mm } ; N 在作用效 应准永久组合下， 管体两侧计算截面 上的 轴 向拉力 N / m ; M me , 在作用效应 准永久组合下， 管体两侧计算截面 上的 最 大弯矩 N m m / m ; 5A w - l 4 “ 内水压力、 地面车辆荷载产生的竖向 压力的准 永久 值 系数。 2 预 应力钢筒混舒十管 A o i 4 - Emc E o 之 、 一 r十 M ;mxTow, 6 . 2 . 4 - 5 6 . 2 . 4 - 6 7 构 造 规 定 7 . 1 管体 7 . 1 . 1 管芯缠丝预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管的环向预 应力钢丝直径不得小于4 i n m。同一层钢丝的中到中间距. 对埋筒管 不得小于钢丝直径的2 倍， 对衬筒管不得小于钢丝直径的2 . 7 5 倍; 最大间距不得大