CECS140-2011 给水排水工程 埋地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.docx

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1、中国工程建设协会标准给水排水工程埋地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SpecificationforstructuraldesignofburiedprestressedconcretepipelineandprestressedconcretecylinderpipelineofwatersupplyandsewerageengineeringCECS140:2011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：2012年1月1日中国计划出版社2011北京中国工程建设标准化协会公告第93号关于发布给水排水工程埋地预应力混凝土管和预应力钢筒混凝

2、土管管道结构设计规程的公告根据中国工程建设标准化协会关于印发2008年工程建设协会标准制订、修订计划（第二批）的通知乂建标协字200898号的要求,由北京市市政工程设计研究总院等单位全面修订的给水排水工程埋地预应力混凝上管和预应力钢筒混凝土管管道结构设计规程,经本协会管道结构专业委员会组织审瓷现批准发布，编号为CECS1402011自2012年1月1日起施行.原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CECS140:2002和预应力混凝土输水管结构设计规范（震动挤压工艺）CECS1690同时废止.中国工程建设标准化协会-O一一年九月二十八日根据中国工程建设标准

3、化协会关于印发2008年工程建设协会标准制订、修订计划（第二批）的通知（建标协字200898号的要求，由北京市市政工程设计研究总院会同有关单位共同对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CECS140：2002及8预应力混凝土输水管结构设计规范（震动挤压工艺）CECS1690进行合并修订.本规程系根据现行国家标准建筑结构可靠度设计统一标准GB50068和工程结构可靠性设计统一标准GB50153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共分7章和6个附录，包括总则、术语和符号、材料、管道结构上的作用、基本设

4、计规定、管道结构计算和构造规定等内容。本规程修订增加的内容主要有：更改合并修订后规程的名称；增加“一阶段”预应力混凝土管结构设计相关内容；完善钢筋强度综合调整系数；修改完善预应力混凝土管抗裂计算公式；增加管道内外防腐的内容；增加管道的水平、纵向支城计算及限制接头计算；补充与预应力钢筒混凝土管配套的各种管件的计算及构造;增加实算例题。根据原国家计委计标19861649号文G关于请中国工程建设标准化委员会负货组织推荐性工程建设标准试点工作的通知的要求,推荐给工程建设设计、施工等使用单位及工程技术人员采用.1总则（1）2术语和符号（2）2.1 术语:2）2.2 符号（3）3材料（6）3.1 混凝土（

5、6）3.2 愤应力的丝（6）3.3 Mff（7）3.4 砂浆保护层（7）4管道结构上的作用（8）4.1 作用分类和作用代衣值（84.2 永久作用标准值4. 3Characteristicvalueofvariableactioncoe(Fcientofquasipermanentvalue(13)5. Fundamentaldesignrequirements(15)S.1Generalrequirement(15)5. 2Designrequirementforcalculationofultimatelimitstates(17)6. 3Designrequirementforchecki

6、ngcalculationofserviceabilitylimitstates(18)6Calculationofpipestructure(20)7. 1Calculationofultimatelimitstates(20)8. 2Checkingcalcutknofserviceabilitylimitstates(23)9. Stipulationfordetailingrequirements(28)附录A管顶竖向土压力标准值(33)附录B侧向土压力标准值34)附录C地面车辆荷载对管道的作用标准值(35)附录D预应力钢筒混凝土管弹性抵抗矩折算系数(38)附录E圆形刚性管道在荷载作用

7、下的弯矩系数(46)附录F管道支墩和限制接头推力标准值及抗推力标准值(47)本规程用词说明”(J)引用标准名录附:条文说明.o.1为了在给水排水工程埋地预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管的管道结构设计中设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本规程适用于埋地敷设的预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管管道的结构设计.其埋设条件为索土平基、人工七邦基础及混凝土基础.1.0.3预应力混凝土管和顶应力纲筒混凝土管的产品质址应分别徒合现行国家标准蚀应力混凝土性GB5696和X预应力钢筒混凝土管GB/T19685的要求。1.0.4本规程是根据现行国家标准

8、给水排水工程管道结构设计规范GB50332规定的原则制定，10.5对于建设在地震区、湿陷性黄土或膨胀土等特殊地区的预应力混凝上管和预应力铜简混凝土管管道的结构设计，除应符合本规程外，尚应符合国家现行有关标准的规定.7.1Pipestructure(28)7.2Pipefoundationandtrenchbackfill(29)7.3Pipejoints(30)7.4Tubings(30)7.5Anticorrosiondesignofpipestructure(32)Appendix A Characteristicvalueofverticalearthpressureabovetopof

9、rhepipe(33)Appendix B Characteristicvalueoflateralearthpressure(34)Appendix C Characteristicvalueofvehicularload(35)AppendixDReducedcoefficientofelasticsectionalresistancemomentofprestressedconcretecylinderpipe(38)AppendixEMomentscoefficientoftheloadsonroundrigidpipeline(46)AppendixFCharacteristicva

10、lueofthrustforceandantithrustforceonthebuttressandrestrainedjoint(47)Explanationofwordinginthisspecification(50)1.istofquotedstandardsculp2e管壁内、外侧截面受拉边缘的弹性抵抗矩折算系数;A预应力混凝土管综合调整系数；X预应力钢筒混凝土管综合调整系数；K受拉区混凝土的影响系数；QW弯曲拉应力系数.向拉力；Qvc车辆的第：个车抡承担的单个轮压标准值；Qnh地面堆积荷载标准值；M轮压传递到管顶处的竖向压力标准值.2.2.2材料指标公砂浆的抗压强度标准值；砂浆的抗

11、拉强度标准值；混凝土的立方体抗压强度标准值；Ee砂浆保护层的弹性模址；EC混凝土的弹性模量；.钢丝的弹性模Sh1.1.1 泊松比；ra1-管体砂浆保护层相应于抗拉强度的应变敢。2.2.3 应力CE预应力钢丝的张拉控制应力；小-一环向预应力钢丝扣除应力损失后的有效预应力；P支墩作用在地基土上的平均压力，A纵向弯曲拉应力；%泊松应力.2.2.4 几何参数Atn管壁混凝土环向截面面积；Ak钢筒的截面面积；Ae-管壁截面（含钢丝和砂浆保护层）的折算面积；Arl-管壁截面（含钢丝、钢筒和砂浆保护层）的折算面积;Ap环向预应力钢丝被面面枳；小一预应力钢丝中心个管壁川w故问r心的距肉；。一张拉端倘Il的SH

12、价；Qt第i个车怆着第分MJI，b,第i个车轮潦地，/f0.3.3 钢筒3.3 .1钢筒用钢板的物理力学性能指标应符合现行国家标准碳点结构钢GB/T700碳索结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及例带GB912和碳索结构钢冷轧薄钢板及钢带GB/T11253的规定.3.4 .2钢筒用钢板的强度设计值和弹性模屈应按现行国家标准钢结构设计规范GB50017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按下式计算：f2）65273,4.1）式中Jik砂浆的抗拉强度标准值（MPamt,k砂浆的抗压强度标准值（MPa）,不得低于45MPa.4.2砂浆的弹性模量E应按下式计算：Ee=7713（i

13、）（3.4.2）式中：E.砂浆的弹性模量（MPa）.3.4.3 管体砂浆保护层相应于砂浆抗拉强度的应变量J-应按I式计算:em三k（3.4.3）式中:一管体砂装保护层相应于抗拉强度的应变量。3 .1混凝土3.1.1 三阶段管和预应力钢筒混凝土管管芯混凝土设计强度等级不得低于C40J一阶段管管体混凝土的强度等级不得低于C503.1.2 混凝土的强度标准值、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GB50010的规定执行.离心成型的管芯混凝土强度及震动挤压成型的混凝土强度，可按现行国家标准预应力混凝土管GB5696的规定，分别提高25%和50%采用.3.1.3 混凝土的硬含量应符

14、合现行协会标准混凝土碱含量限值标准CEcS53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GB50119的规定，并应通过试验确定其适用性及掺入量。4 .2预应力钢丝4.1.1 预应力混凝土管预应力钢丝宜采用冷拉钢丝、消除应力低松弛钢丝热处理钢筋或钢绞线；预应力钢筒混凝土管预应力钢丝应采用冷拉钢丝.其物理力学性能指标应分别符合现行国家标准预应力混凝土用钢丝GB/T5223、预应力混凝土用钢棒GB/T5223.3和预应力混凝土用钢绞线GB/T5224的规定。4.1.2 普通钢筋和预应力钢丝的强度标猛值及弹性模量，应按现行国家标准混凝土结构设计规范GB50

15、010的规定采用。ft4.2.1常用材料单位体积的自重标准tS(kN)Mff*K水泥砂浆IWtiI*fl*MMtft25.022.078.578.5j10.0I2.2单位长度管道上的竖向土压力标准值F.Q,应根据管道MiQ方式按附录A确定.1.2,3单位长度管道上的物向土压力标潜值EPFX应按附录H确定.4.2.4预应力钢丝的有效预应力标准值、%应为预应力钢丝的米拉控制应力值。e扣除相应张拉工艺的各项应力损失值.预，:，力刷丝的张拉控制应力值心不宜超过表4.2.4规定的张拉控制应力限值.表&2.4张拉控制应力限值胡加片英张拉拄制应力瞅冷拉的统、消除应力制蝮、的也成0.75/2络处理纲;K、纵向

16、也应力创够0.70,注，“为仅应力网”强收标准的,按现行出窠标准(混足土靖构设H规蔺)GBSO(HO的炭定采用.1.2.5相应预应力张拉工艺的各项预应力损失值应按本规程第4.2.G-4.2.10条的规定计算，预应力损失组合应符合表4.2.5的烧定：三4.2.5各管型的预应力根失组合表H应力做失类型件不及部位一阶段作环向Bi应力一阶段皆姒向一质应力一阶段管环向-WRfl1纵向KI胶力稚应力IM筋管再向我应力量检变账外一7一何处应力除池。3JJIUet上收编除爱。“JJJ4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

17、向土压力和侧向土压力、管道内水承、侦加应力和地基不均匀沉降；2可变作用应包括地面堆积荷裁、地面车辆荷载、管道内群水压力和地下水压力.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.%1.3当管道结构承受两种或两种以上可变作用时，按承裁能力极限状态的作用效应基本组合进行设计或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

18、组合值作为代表值.414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 永久作用标准信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HlI中位体枳的自重标准值可按表4.2.1的规定确定.筋率521.0%时应取0.7,当AVL0%时宜取1.0；对双层配筋的第二层钢丝，当其配筋率用N1.0%时，应取1.0,(OlVi.0%时宜取Lh八.AX第一层、第二层预应力钢丝的纵面面枳(mm*m).2预应力混凝土管纵向钢筋的应力松弛损失，应按下式计W1%=0.07公(4.2.7-3)4.2.2 2.K混凝土收缩徐变引

19、起的预应力损失人应符合卜列规定：I混凝土收缩徐变引起的预应力损失电的取值应按表L2.8的规定确定.表4.2.8混戏士收缩徐变引起的预应力搔失(Nm)7j*兀O.I0.20.30.40.5三航网管和依应力例育湿衣上管环向预应力的牝2030405060阶段管环向反应力IR丝和依应力IHg土管懈问预后力例纥283848$868.t大中力.用,分别为管壁不向我阅上的法向强压应力加富糖Itt及土住相应阶段的锹向作IK应力,2为雁加预应力时的泥我七立方体抗压强俄，可取O.7r,3e.为管芯Ift表上的立方体抗压强度标准值(Nmn)2,三阶段管和预应力钢筒混凝土W道的管壁环向戮面上的”.向顶压应力分应按下列

20、公式计算：60.5八(4.2.8-1)Op=l+/3(4.2.8-2)一AMm(4.2.8-3)JmAt,n,Aplp2tft(4.2.8-4)“A,f,+n.(A,+Api)n-Mn(4.2.8-5)续衰4.2.5管蜃及部位俊应力IH失类中汾及管I-阶段管，阶段管坏向BUS力三阶段管MAHI应力BJ应力用管环团Hi应力坏向K应力飒陶预应力架界阶段用筋应力松弛。77一-混凝土鼻性上幽环向）上、一混凝土弹性氏弟（纵向）g,一-注中有y的项目表小应计算的H应力助失.4.2.6 张拉锚具变形引起的颈应力损失%一应按下式计算：.=-E,（4.2.6）式中:张拉端锚具的变形值（mm3应根据试验确定，无试

21、脸资料时，可按LOmm计算；I张拉端至锚固端之间的距离（Em）；E1钢丝的弹性模量（、/m）.按现行国家标准混凝土结构设计规范GB50010的规定采用。4. 2.7钢丝应力松驰引起的预应力损失。应符合下列规定：1对三阶段管和预应力钢筒混凝土管,钢丝应力松驰引起的环向预应力损失加应按下式计算：tj=0.08w,4.2.7-1）sA,1+Ah（4.2.7-2）APlAp2式中:加一钢丝松驰引起的预应力损失（Nm）,预应力钢丝的张拉控制应力（Nm）,6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,配筋影响系数；h分别为第一层、第二层钢丝的配筋影响系数.对单疗配筋应为1.0;

22、对双层配筋的第一层钢丝，当其配MI则公式计算:k=9pcg（4.2.10-1）。（*=（。的一叫，）（4.2.10-2）.r.一环向预应力钢丝圆环半径（m）；r9管道平均半径（m）；1管壁混凝土在相应阶段的环向预压应力（MPa）.2预应力混凝土管首体混凝土弹性压缩引起的纵向预应力加失应按下式计算：u=nt0pti（4.2.10-3）.V:混凝土弹性压缩引起的纵向预应力损失值（MPa）3:阶段管和预应力钢筒混凝土管混凝土弹在压缩引起的H向伶应力损失。应按下式计算：,r=0.5ntp,w（4.2.10-4）.UI1,r一一混凝土弹性压缩引起的环向预应力损失值（MPa）,4.3可变作用标准值、准永久

23、值系数1.LI地面车辆荷载对管道产生的竖向压力的标准值q“可按附，C偷定，其相应的准永久值系数可取0.5.2地面堆积荷载的标准值q*可取IOkNmL其相应的准永人俏彳牧可取0.54.I.J转道的设计内水压力标准值FMII可按下式计算：45Ert,FcV0.8MPaF.dh（4.3.3）i.4Fwfc,Fwk0.8MPaJ,中JBb管道的工作压力标准值（MPa）.段计内水压力的准永久值系数可取072.I4埋设在地下水水位以下的管道，应计算作用在管道上的地I”、M力（含浮托力）,其标准值和准永久值系数应符合下列规定：I地下水位可按近期内的统计数据和对设计使用周期内补13式中：凡Si应力钢丝弹性模M

24、与混凝土弹性模量的比值；Et-管芯混凝土的弹性模量（N/mm，）；4管壁环向截面上的法向预压应力（WmmD,p,电层筋或第一层预应力钢丝对管壁环向截面的法向预压应力（Nmn）；。修第二层顶应力钢丝对管壁环向截面的法向预乐应力（Nmm2）；Acr单层配筋时，管芯和钢筒的裁面折算面枳（mm，）；Acr双层配筋时，管芯、钢筒和内层钢丝砂浆保护上的裁面折算面积（m）.3一阶段管的管壁环向或面上的法向预压应力外应按下式计算：of=j.（,t）0.5/二（4.2.8-6）式中:月环向预应力钢丝配筋率（）;。“一蒸养阶段预应力损失（MPa）；%混凝土弹性压缩引起的环向预应力损失（MPar4预应力混凝土管管壁

25、混凝土在相应阶段的纵向预压应力.应按下式计算：,Opd=AGy.FnFihb给发展趋势的分析判断确定其可能出现的最低水位和最高水位.2地下水作用的准永久值系数，当采用最高地下水位时，可取平均水位与最高水位的比值；当采用最低水位时，应取1.0.屏Jt用采用直管段结构计算方法确定.弯管中心线半径小于2.5侪件m外径时,应进行补强计算增加钢板的厚度.5.2承载能力极限状态计算规定5.2.1 管道结构按承载能力极限状态遴行强度计算时结构上的件作用均应采用作用设计值.作用设计值应为作用分项系数与11川代襄值的乘积.52.2对管道结构进行强度计算时,应按下式计算：y0SR(5.2.2)3.,管道结构的直要

26、性系数取1.1.当设计为双线或设有调蓄设施时可取1.0;当用作排水管时可取LOiS作用效应组合的设计值；R一一管道结构抗力的设计值.2. 3管道结构进行强度计算时，作用效应的基本组合设计值应ItI式编定：M.-S=gCgiGn+XgCgG1+7qCqQ,)1(5.2.3)管自重分项系数.当作用效应第管道结构不利时取1.2有利时取1.0加一除管自亶外,第i个永久作用分项系数，当作用效应对管道结构不利时均应取L27；当有利时均应取1.0；y第)个可变作用分项系数，当作用效应对管道结构不利时均应取L4；当有利时均应取1.0;Clit管自重的作用效应系数；Cq除管自重外，第i个永久作用效应系数；第J个

27、可变作用效应系数,(自重标准值；(运一除管自重外其他永久作用标准值；tt*S.1.4计算工况计算项目永久作用可变作用*a*c,管内水垂像向士Hi力卜*.MlM土压力FF.出加应力%设计内水压力FI车辆或堆积帝我%q),炖下水压力CECS141规定的方法，对采用水泥砂浆、混凝土内衬和外保护层管件的钢板可不计腐蚀厚度.5.1.9 T形三通、Y形三通、十字形四通应进行补强计算，可采用增加钢板厚度或加固梁系统等方法.5.1.10 当弯管中心线半径大于我用I：.，倒管道外径时，钢板16的有关规定采用。4.3.5采用水泥砂浆、混凝土做内衬和外保护层的管件刚度计算“，川半刚性管模型分析计算，管件最大竖向变形

28、不宜大于/100OOO和0.02D（D为公称直径），取二者较小值.QA第1个可变作用标准值；e一可变作用的组合系数，取0.9.注I作用效应系数为管道结构中作用产生的效应（内力、应力骞）与该作用的比值，可按循构力学方法哈定.5.2.4 对埋设在地下水水位以下的管道,应根据坡施地下水位和管顶覆土条件验算抗浮稳定.验算时,各种作用应采用标准值，并应满足抗浮稳定性抗力系数Ki不小于1.1的要求.5.2.5 在管道敷设方向改变处应采取抗推力措施（重力式支地、打桩等）并进行抗滑稳定验算，验算时,各种作用应采用标准值,其抗滑稔定性抗力系数Ki不应小于1.5；限制接头抗滑稳定性抗力系数K,不应小于1.1。5.

29、3正常使用极限状态验算规定5.3.1 对正常使用极限状态，管道结构应分别按作用效应的祢准组合和在永久组合进行验算，并应保证管壁截面和砂浆保护层不出现裂缝，以及应力应变计算值不超过规定的限值。管件应控制影响正常使用的变形量.5.3.2 管道结构按正常使用极限状态验算时，作用效应均采用作用代表值计算。5.3.3 正常使用极限状态按标准组合验算时,作用效应组合设计值应按下式计算：Sd=QGk+G；G*+在CQQ,k（5.3.3）式中：Sd变形、裂缝等作用效应的设计值（I5.3.4 正常使用极限状态按准永久组合验算时，作用效应组合设计值应按下式计算：O1*Sd=GGk+CgG,十CMQA（5.3.4）

30、i2/I式中：九第J个可变作用的准永久值系数，按本规程第4.3节道支城底面以上的有效重量2G产生地基上的压力；对管道纵向向上弯头尚应包括内水压力引起的向下垂直力；/.经过深度修正的地基土承载力特征值（kNr1121按现行国家标准建筑地基基础设计规范GB50007的规定采用.I支墩作用在地基土上的眼小压力（kN）;Pi支墩作用在地基土上的最大压力（kNr112）;V管道纵向支墩受内水压力引起的垂直力标准值（kN）.按本规程附录F.0.1计算；G包括支地、管体、管内水、支地以上覆土等各项有效重量标准值之和（kN）.2对限制接头管段钢筒及连接件应进行强度计算,并符合训哨构设计规范GB50017的规定

31、。3当采用桩基抗推力时，应按现行国家标选C建筑地基基础7i规范GB50007的规定确定.,1.3预应力混凝土管的环向预应力钢丝截而面积,应按下列公K计算:(n,)(6. 1. 3-1)N=%也加Fe%Xl7-o.5(Ef+cq,llD)(6.1.3-2)MLk=7or0Og(73Fm卜+我加q&Di)+ktmZy4F.p,|.D1+.环向预应力钢丝栽面面积（mnm）;AeXjzGwk -KfaiyGlGi卜一(6. 1.3-3)N1设计内水压力及管顶荷载作用下，管侧截面上的轴向拉力（N/m1以受拉为正；MU,在基本组合作用下，管侧截面上的最大弯矩（N-mmm）.计算结果为负值，表示管外壁受拉，

32、6管道结构计算6.1 承载能力极限状态计算6.1.1 抗浮稳定验算应按下式计算：GFTjKf(6.1.1)式中:FgI管道单位长度上管顶竖向土压力标准值(kN/m)；FMlI管道单位长度上浮托力标准值(kN/m)；Ki抗浮稳定性抗力系数,按本规程第5.2.4条的规定采用6.1. 2管道敷设方向改变处的抗推力稳定验算应符合下列要求：1当管道采用重力式支地或由限制接头连接的管段抗推力时应按下列公式计算：含2K,(6.1.2-1)P.(6.1.2-2)(6.1.2-3)AMX&L2/.(6.1.2-4)V0.9G(6.1.2-5)式中：Fik在设计内水压力作用F,管道承受的推力标准值(kN)按本规程附录F.0.1计算；鼻重力式支墩或限制接头抗推力标准值(kN).按本规程附录F.02计算；K.抗滑稳定性抗力系数.按本规程第5.2.5条的规定采用；P支墩作用在地胚I:上的平均压力(kNm?在指管钢筒的截面面积(mnrL/m)；/钢筒的材料抗拉强度设计值(Nm).按现行国家标准钢结构设计规范GB50017的规定采用.6.2 正常使用极限状态计算62.I的应力混凝土管在正常使用条件下，其环向预应力钢丝的AU血出应按下列公式计算：Ap(,4-Kylo-(6.2.1T)Opc九啜+修S2.1-2)Ng=我FMlIrOX107(6.2.1-3)M-r0v,(Fty.hcv1D1)+hmFct,.uD