為了提高鋼筒混凝土管的設計安全性能與質(zhì)量可靠性，本文通過對鋼筒混凝土的設計的規(guī)范與準則，設計管的材料的選擇安全性與設備生產(chǎn)鋼筒管的技術要求內(nèi)容進行分析，對鋼筒混凝土管的設計安全性提供了一定的經(jīng)驗與方法。
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計環(huán)節(jié)中，必須結合所適應的環(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，保證其結構的安全性與可靠性，在工程應用領域具有重要的研究價值與理論意義。
鋼筒混凝土管設計分析
對于預應力鋼筒混凝土管的設計國內(nèi)采用的是CECS 140:2011設計規(guī)范，規(guī)范的制定根據(jù)結合排水管道結構設計規(guī)范和混凝土結構設計標準規(guī)范來完成對整個鋼筒混凝土管的設計要求規(guī)定。在鋼筒管道結構設計的過程中，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構可靠性來判別。
1.1.預應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)的屈服強度與應變與極限越來遇到，更接近材料的屈服極限。當出現(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，設計在最大檢驗內(nèi)壓力的作用下，預應力鋼筒混凝土管不應該出現(xiàn)長度大于300mm ，寬大不應大于0.25mm的裂縫，否者重新設計。
1.2.對鋼筒混凝土管的尺寸公差設計符合GB / T19685—2005的設計要求，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應力鋼筒的破壞特征，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變值大小，得到不同壓力下承載能力與松弛量的大小。
鋼筒混凝土管設計選擇安全性
在整個鋼筒混凝土管的設計與生產(chǎn)環(huán)節(jié)，為了能夠保證得到質(zhì)量可靠的鋼筒管，一方面要從設計方面考慮，優(yōu)化設計方法與結構，保證鋼筒管道從設計到原材料的選擇符合整體結構與規(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，且保證符合國家關于建筑用砂 標準。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。
2.2.承插口設計
最為管材設計的關鍵件是承插口的設計，合理的設計不僅可以保證管線的封閉性，當?shù)鼗霈F(xiàn)微小的變形量時，能夠轉(zhuǎn)動余量使得適應期變化，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.預應力鋼絲錨固結構設計
鋼筒混凝土管的預應力鋼絲需要滿足GB50010的設計要求，不能高于設計中鋼絲的標準尺寸，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計規(guī)范要求。在鋼筒的設計與制造之前，需要進行預應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聯(lián)，設計過程中必須考慮到鋼絲錨固的結構，該結構滿足鋼筒混凝土管的基本需求外，保證錨固的準確性，使得導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計圖，將鋼絲錨固與陰極保護有效地結合起來。
2.4.改造鋼筒管的生產(chǎn)設備與工藝規(guī)程
在生產(chǎn)過程中，對鋼筒管的相關的設備，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。
鋼筒混凝土管應用越來越廣泛，在設計與生產(chǎn)環(huán)節(jié)，進行全面的質(zhì)量安全性控制，可以有效的提高設計的水平與生產(chǎn)的質(zhì)量。對鋼筒混凝土鋼筒設計環(huán)節(jié)有效的控制，嚴格控制生產(chǎn)質(zhì)量，保證鋼筒管埋深后具有良好的設計安全性能。
