基于鋼筒混凝土管的設(shè)計安全性分析

李建生

摘要：為了提高鋼筒混凝土管的設(shè)計安全性能與質(zhì)量可靠性，本文通過對鋼筒混凝土的設(shè)計的規(guī)范與準(zhǔn)則，設(shè)計管的材料的選擇安全性與設(shè)備生產(chǎn)鋼筒管的技術(shù)要求內(nèi)容進行分析，對鋼筒混凝土管的設(shè)計安全性提供了一定的經(jīng)驗與方法。

關(guān)鍵詞：鋼筒混凝土管，設(shè)計，安全性，技術(shù)

引言

鋼筒混凝土管是由鋼筒、鋼絲以及砂裝等材料進行組成形成一種具有良好的性能的管材。該管材通過在外表面進行多層鋼絲的纏繞后，并對其進行砂漿噴射后，形成具有抗壓、抗?jié)B透能力以及耐腐蝕等優(yōu)點的管材。在鋼筒混凝土管的設(shè)計環(huán)節(jié)中，必須結(jié)合所適應(yīng)的環(huán)境的特點來，防止鋼筒混凝土管發(fā)生斷絲和裂縫等問題，保證其結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性，在工程應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的研究價值與理論意義。

1.鋼筒混凝土管設(shè)計分析

對于預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的設(shè)計國內(nèi)采用的是CECS 140：2011設(shè)計規(guī)范，規(guī)范的制定根據(jù)結(jié)合排水管道結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范和混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來完成對整個鋼筒混凝土管的設(shè)計要求規(guī)定。在鋼筒管道結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，正常使用極限狀態(tài)以及承載能力極限狀態(tài)兩種方法可以對管道的結(jié)構(gòu)可靠性來判別。

1.1.預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管進行承載力外壓試驗，通過數(shù)值模擬來反映裂縫對鋼筒管的影響。在承載實驗中，根據(jù)斷絲的實驗分析，管道瞬間出現(xiàn)貫通裂縫的部位位于管頂、管底以及管腰砂漿保護層處。對于鋼筒管進行斷絲的數(shù)值模擬后，得到極限狀態(tài)下斷絲數(shù)量越多則施加的內(nèi)水壓越??；伴隨著內(nèi)水壓的變大，造成斷絲區(qū)的屈服強度與應(yīng)變與極限越來遇到，更接近材料的屈服極限。當(dāng)出現(xiàn)斷絲后，很容易產(chǎn)生局部突起以及滲透和爆裂問題，因此為了防止斷絲，設(shè)計在最大檢驗內(nèi)壓力的作用下，預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管不應(yīng)該出現(xiàn)長度大于300mm ，寬大不應(yīng)大于0.25mm的裂縫，否者重新設(shè)計。

1.2.對鋼筒混凝土管的尺寸公差設(shè)計符合GB / T19685—2005的設(shè)計要求，承插口處理的橢圓度滿足其偏差值大小不大于6mm。

1.3.設(shè)計過程中，通過研究承插口接頭砂漿實驗進行減水劑、礦物摻合料等成分對灌縫砂漿的影響規(guī)律，根據(jù)規(guī)律進行鋼筒管耐久性影響分析，得到最優(yōu)的灌縫砂漿配合比，提高產(chǎn)品的整體性能。

1.4.通過一定時間內(nèi)進行內(nèi)水壓承載實驗分析預(yù)應(yīng)力鋼筒的破壞特征，根據(jù)特征與壓力的大小，利用數(shù)值模擬方法進行測量鋼絲松弛的應(yīng)變值大小，得到不同壓力下承載能力與松弛量的大小。

2.鋼筒混凝土管設(shè)計選擇安全性

在整個鋼筒混凝土管的設(shè)計與生產(chǎn)環(huán)節(jié)，為了能夠保證得到質(zhì)量可靠的鋼筒管，一方面要從設(shè)計方面考慮，優(yōu)化設(shè)計方法與結(jié)構(gòu)，保證鋼筒管道從設(shè)計到原材料的選擇符合整體結(jié)構(gòu)與規(guī)范要求。

2.1.混凝土選擇

對于混凝土和砂漿的選擇根據(jù)CECS 140：2011規(guī)定，選擇配置良好的砂，保證混凝土的砂料的細度模數(shù)大小為2.5左右，且保證符合國家關(guān)于建筑用砂 標(biāo)準(zhǔn)。且粗骨料的配置不能大于混凝土內(nèi)外管道的厚度的0.4。在設(shè)計中，保證混凝土的強度等級不小于40MP，且其余的例如彈性模量與塑性變形等參數(shù)按照GB 50010規(guī)定執(zhí)行?；炷林械暮瑝A量不大于215 kg/m3，管芯脫模大小達到纏絲強度，塌落度的大小位于[5，8mm]之間，保證混凝土聚會很好的纏絲強度、低溫保養(yǎng)、脫模強度、表面光滑等指標(biāo)。

2.2.承插口設(shè)計

最為管材設(shè)計的關(guān)鍵件是承插口的設(shè)計，合理的設(shè)計不僅可以保證管線的封閉性，當(dāng)?shù)鼗霈F(xiàn)微小的變形量時，能夠轉(zhuǎn)動余量使得適應(yīng)期變化，安裝對接比較方便?？梢圆捎梦挥趦赡z圈中間空隙處安置一個水壓密封檢驗孔的承插口。

2.3.預(yù)應(yīng)力鋼絲錨固結(jié)構(gòu)設(shè)計

鋼筒混凝土管的預(yù)應(yīng)力鋼絲需要滿足GB50010的設(shè)計要求，不能高于設(shè)計中鋼絲的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，一般選擇7mm左右，且選擇的冷拉鋼絲，保證鋼絲的彈性模量和強度大小滿足設(shè)計規(guī)范要求。在鋼筒的設(shè)計與制造之前，需要進行預(yù)應(yīng)力鋼絲的脆弱性與靈敏度的測試，保證具有良好的可靠性。

纏絲的質(zhì)量與陰極的保護能力與鋼絲的錨固相互關(guān)聯(lián)，設(shè)計過程中必須考慮到鋼絲錨固的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)滿足鋼筒混凝土管的基本需求外，保證錨固的準(zhǔn)確性，使得導(dǎo)電扁鋼與鋼絲之間的電連續(xù)，實現(xiàn)有效的陰極保護能力。如圖3所示，是一種采用雙層鋼絲錨固設(shè)計圖，將鋼絲錨固與陰極保護有效地結(jié)合起來。

2.4.改造鋼筒管的生產(chǎn)設(shè)備與工藝規(guī)程

在生產(chǎn)過程中，對鋼筒管的相關(guān)的設(shè)備，例如無動力傾管機、DN4 000 PCCP專用伸縮式氣動吊具、補償平衡式纏絲機以及砂漿保護層同步刮平裝置等設(shè)備進行更新與改進。

對于鋼筒混凝土管水泥砂漿層的保護，采取輥射工藝，保證管芯混凝土與輥射法采用的水泥參數(shù)相同，對砂漿保護層的強度進行控制采取規(guī)范AWWA C301。工藝生產(chǎn)中，試驗試塊在抗壓強度為47MP下的多個試塊在一個月齡內(nèi)的強度大小的確定。

利用機械化自動噴涂工藝對鋼筒混凝土管進行外幣防腐涂層噴涂，該工藝可以利用抗腐蝕介質(zhì)與絕緣介質(zhì)使的鋼筒混凝土管具有該性能，該方法且噴涂均勻，具有很好的粘合力，在混凝土表面與初凝的砂漿直接噴涂，大大提高了噴涂的可靠性與效率。

3.結(jié)語

鋼筒混凝土管應(yīng)用越來越廣泛，在設(shè)計與生產(chǎn)環(huán)節(jié)，進行全面的質(zhì)量安全性控制，可以有效的提高設(shè)計的水平與生產(chǎn)的質(zhì)量。對鋼筒混凝土鋼筒設(shè)計環(huán)節(jié)有效的控制，嚴(yán)格控制生產(chǎn)質(zhì)量，保證鋼筒管埋深后具有良好的設(shè)計安全性能。

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