4级～5级倒虹吸管纵向管节长度不大且地基坚固的可按构造要求配置纵向钢筋 按弹性工作状态计算所得的应力不应大于钢管允许应力值 应按式（10.4.7-1）计算值再增加1mm～2mm以上的锈蚀及磨损厚度 当 当L/D小于0.5时按短壳的弯曲理论或半弯曲理论计算 2 故可用于一般水头较高（H＞50m） 在管壁内按抗裂的构造要求布置纵向钢筋即可 应用非常广泛 并应按现行国家标准《泵站设计规范》GB 双悬臂梁 2 进行荷载计算及确定荷载组合 按等截面计算 刚度 而其余荷载所引起的内力按结构力学法计算之后再叠加的方法 2 计算复杂 取r＝1.55或r＝1.55（1.1-0.1h） 在一般情况下 糙率变化小 纵向内力计算 抵抗变形 对1级～2级和重要倒虹吸管必要时宜采用有限元法进行应力分析 19685对保证这种管材生产的质量提供了必要的依据 抗倾覆） 以拉为正 另外因其抗裂性能较差 5 出口水力设计方案确定后进行 玻璃钢夹砂管可在40℃～70℃温度范围内长期使用 抗裂安全和施工要求确定 管径300mm～3100mm 应尽量使其 191的规定 玻璃钢夹砂管结构设计应符合下列规定 σ为钢管管壁厚度 结构层的作用主要是承受荷载 c 如预应力钢筒混凝土管 用10m一级进行计算 σ——管壁厚度（mm） 水力条件好 预应力混凝土管中 设计水头H＝140m 土壤类别以及地面荷载等技术参数和要求即可 10.4 因此当水头H＞50m～60m时 2 10.4.5 的比值δ/r 采用玻璃钢夹砂管的工程也很多 其混凝土强度等级不宜低于C30 由于管座是刚性结构 坚实的地基上 1 5 5 （1）钢制倒虹吸管由于管壁材料具有很高强度和不透水性 在美国 分为三阶段工艺法 2 2 3 连续梁等） 双面对接焊φ＝0.95 其质量好 按一个三次静定的圆环形结构计算 D——钢管内径（mm） 10.4.6 则需将其顶底部改成圆弧形 当L/D大于或等于3时为长壳但可近似地按梁理论计算 N） 进 因此过水流量受到一定限制 4 拟定架空梁式管道的跨度时 应重新拟定管壁厚度另行计算 4 即可按结构力学的弹性中心法求解内力 是一种具有推广价值的好管材 管道较长 r——混凝土塑化系数 确定各部结构形式及其主要尺寸 应在进 191进行配筋计算及抗裂验算 管径大小 表中σ 先判别属于薄壁管还是厚壁管 表面光滑 在理论上应按弹性力学平面问题求解内力 r （2）玻璃钢夹砂管管壁一般按其功能不同可分为三大层 3 根据各项不同外荷载分别采用相应公式计算出各杆内力 为钢材屈服强度 2 钢筋混凝土矩形管结构设计应符合下列规定 全部采用玻璃钢夹砂管 标准化 当 按短壳的弯曲理论或半弯曲理论计算 抗冻性能好 p——内水压力（MPa） 4 管壁混凝土强度等级不应低于C25 3 定型化在工厂成批生产 c 设计水头167m 变形小 属热固性塑料管 2 抗倾覆稳定及地基强度等验算 出口建筑物的结构设计 施工技术比较复杂 ——混凝土抗裂强度（N/mm 尚应大于抗外压稳定性要求的管壁最小厚度 受力不均时管身容易变形 单面对接焊φ＝0.9 抗冻等级和抗磨 横向两个平面问题分别计算 根据各种荷载实际上同时出现的可能性 配筋计算和抗裂验算 按其特殊的设计条件应选用符合现行国家标准《玻璃纤维增强塑料夹砂管》GB/T 19685规定的管材 冻土以及大于50mm的砖石块等硬物 压力等级0.1MPa～2.5MPa 强度计算及抗裂验算 承受外荷的能力较小 5 埋设于土壤中的预应力钢筒混凝土管 应对管身外壁进行防腐处理 抗渗以及抗冻等要求时 分段采用不同材料的倒虹吸管 对管道较长 常用的有钢筋混凝土圆形管与钢筋混凝土矩（箱）形管两大类 并根据当地自然条件及运行条件提出抗渗 结构设计 理论公式及方法与水电站压力钢管设计基本一样 整体和各部结构的强度 PiPe） 其管身结构设计应按管道所采用的不同材质管道分段进行 钢筋混凝土矩形倒虹吸管按规模大小其各部位壁厚可设计为等截面或变截面 ≤ 281执行 小于或等于1/8的薄壁管宜采用结构力学的弹性中心法计算内力 3 它比钢管造价低 ） 对不等跨或不等截面的除采用结构力学力法或变位法计算外 对有连续式刚性管座的可不进行计算 ≥3时 1 其详细设计计算要求及计算公式参见现行行业标准《水电站压力钢管设计规范》SL 或采用将均匀内（外）水压力荷载所产生的内力（应力）按弹性力学平面问题计算 1 一般要采用抗裂性能和防渗性能均较好的其他材料管道 次内层含一定量的短切纤维 制造简便 σ /s 购置的预应力钢筒混凝土管应尽快安装 管身横向按封闭圆环型结构计算 所以在推广使用上受到一定限制 稳定计算 矩形管内角加腋的作用显著 式中 整体稳定计算（抗滑 管道长度（纵剖面布置）工作压力 式中 管道各部位中的拉应力应小于混凝土的轴心抗拉强度标准值 按管壁厚度δ和平均半径r 若管顶填土压力较大时 综合分析后确定 分为连续式管座与间断式管座两大类 在一般倒虹吸管设计中是优先考虑采用的结构形式 2）地下埋管 3）计入曲率对弯曲应力的影响时 但由于受施工条件限制 限用于管径D≤600mm及承受水头较低的中小型管道的制作 h为矩形管截面总高度（m） 预应力钢筒混凝土管结构设计应符合下列规定 可用于零下20℃以下 适用于过水流量较大 均匀上升 性脆 对布置于间断式管座上的管身纵向内力 管身和镇墩的最不利荷载组合分别按表10.4.2-1和表10.4.2-2计算 宜按弹性地基梁计算 我国于1987年～1988年引进PCCP管生产技术 对单孔或等跨多孔等截面的宜按闭合刚架采用结构力学方法计算 常被预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管所取代 10.4.11 缺点是重量较大 细部结构设计 刚度为7500N/m 镇墩应设在稳定的地基上 按表10.4.4选用 ——轴向 （2） 钢管等 也可长期用于露天使用的管道 预应力混凝土管应进行强度 避免损伤管道外壁 减少工程量和工程造价 1级 且基底最大压应力与最小压应力之比不宜大于2.0 当采用钢棒 管壁厚3＝130mm 1 以便采用比较简单的梁理论进行计算（按圆环形截面的简支梁 并应包括下列内容 桥式倒虹吸管结构设计包括下列内容 D 3 c 设计工作可由生产厂家自主完成 10.4.7 10.4.8 Concrete 2 也称作富树脂层 2 并应规定混凝土材料的抗冻等级 i 3 4 螺纹钢筋作为预应力钢筋时 4 即水平杆件的计算长度为竖直杆件形心轴轴线间的距离 维修工作量小 横向内力计算 验算镇墩结构强度 厚壁管内力计算 3）中型汽车车行道下埋设的玻璃钢夹砂管管顶覆盖土厚度要求应符合表10.4.9的规定 并应符合下列第四强度理论条件 地基条件较差的倒虹吸管 1 但其质量不如一阶段法好 在预应力与其他荷载组合作用下 一般其管径不宜大于4m 直径为3100mm 4 K 倒虹吸管的镇墩内宜配置抗温度变化等的构造钢筋 1 管壁宜加厚10mm～20mm 10.4.3 结构设计 10.4.10 连续式刚性管座上管身的纵向内力计算 支承结构的基础应置于可靠的持力层中并应满足最小埋置深度的要求 应按现行行业标准《水工混凝土结构设计规范》SL 表面层由抗老化添加剂（如紫外光吸收剂）和树脂配制而成 就是采用一阶段法生产的 糙率系数小 τθ 细部结构设计 因他可以工厂化 10.4 3）薄壁结构的钢管管壁厚度除应满足按式（10.4.7-1）计算的强度要求外 寒冷地区镇墩的底部应深埋至冻土线以下 管身每节长度均控制在一定的防裂范围之内 径向正应力（N/mm 温度以及管座形式等条件 x 施工 大于1/8的厚壁管宜按弹性力学平面问题计算 21238规定的管材 按长壳近似用梁理论计算 x 远程运输后预应力可能会有一定损失等 镇墩基础底面上不应产生拉应力 土基上的基底最大压应力应小于地基允许承载力 式中 10.4.12 内衬层总厚度为1.5mm～5.0mm 其应力状态与管道跨长L和管身内径D（宽度）的比值有关 不生锈 ≥3 2级和重要倒虹吸管的钢筋混凝土圆管管身内力应按弹性理论空间问题求解 2 1 管壁最小厚度按表10.4.7-1选用 刚度 宜按下式初拟 目前在我国的引水工程中 当0.5小于或等于L/D小于3时按圆柱形中长壳的弯曲理论或半弯曲理论计算 抗老化性能和耐热性能好 预应力混凝土管初拟管壁厚度应按表10.4.6执行 6 同水头条件下的普通钢筋混凝土管省20％～30％钢筋 即横向按封闭的圆环形结构计算 环向 钢筋预应力值容易控制 地基应力计算 横向两个平面问题分别计算 尚应考虑其他可能出现的不利荷载组合 1）按平面问题计算时 比值δ/r 因此在本条中 地基处理设计 水头较大的倒虹吸管 ～10000N/m 其具体计算要求 reinforced 通常取1m管长作为计算单元 预应力钢筋混凝土管按其施加预应力方法不同 水泥省 s 2 3级～5级钢筋混凝土圆管宜简化为管身纵 故在倒虹吸管中采用较少 内置上凸状弯管的封闭式镇墩尚应配置锚固钢筋以加强整体性 ＜3时 宜按横断面为圆环形的梁式管计算 其缺点是刚度较小 内壁光滑 管壁厚度可按式（10.4.5-1）估算 即防腐防渗内衬层 θ 10.4.4 满足长壳条件 而且其制造技术要求较高 三阶段法具有工艺较简单 10.4.1 容易安装各种分支管 对管壁厚度δ与管壁平均半径r 水头较大 预应力钢筒混凝土管又称PCCP管（Prestressed 关于玻璃钢夹砂管说明如下 圆形钢筋混凝土管的纵向管座形式 通常对50m以下水头的管段 承接口光滑等优点 玻璃钢夹砂管又称GRP管（glass φ——焊缝系数 加之车间卫生条件差 ＋τθ 管壁厚度应根据建筑物级别 2）按空间结构计算时 3 δ——钢管管壁初拟厚度（mm） 10.4.5 3 铺设厚度不应小于150mm的砂垫层 一般工厂或现场生产多采用一阶段法生产 并导致接头处漏水 r 防渗漏 内表面层的作用主要是防腐蚀 钢筋混凝土管的强度计算应执行现行行业标准《水工混凝土结构设计规范》SL 然后按荷载组合将其叠加求得最终的各项内力 结构设计应包括下列内容 f 倒虹吸管的镇墩宜采用混凝土结构 2）管道两侧的回填土应分层同时回填 ——剪应力（N/mm 2 1 它主要是防老化 时 1）在内水压力 50265的规定对镇墩进行抗滑 结构层 比钢管省60％以上的钢材 （1）现浇钢筋混凝土管（包括圆形和矩形）具有耐久 10.4.8 荷载组合 竖直杆件的计算长度为顶底板形心轴轴线间的距离 其值应符合表10.4.7-2的规定 在采购中只须明确管径 其中钢材允许应力值可按规范值的75％采用 （3）玻璃钢夹砂管在我国已经标准化 其混凝土强度等级不宜低于C40 然后叠加求出管道在设计荷载组合作用下的截面最大内力（M 但加腋边长β≤0.1L（L为孔跨）时应不考虑其影响 其中自应力制管工艺法 可根据介质不同选用合适树脂 特大型矩形倒虹吸管宜采用有限元方法进行应力分析 对管道基础要求严格 10.4.7 加拿大等国的管网工程应用比较普遍 ＋τX 关于预应力钢筒混凝土管说明如下 预应力混凝土管结构设计应符合下列规定 采用2根管径为2.65m钢管 10.4.6 1 Cylinder 不宜露天式布置 玻璃钢夹砂管刚度小 不会发生冻裂 现行国家标准《预应力钢筒混凝土管》GB/T f 281的规定执行 大流量（管径较大） 如湖南大圳灌区新安铺倒虹吸管 稳定计算 稳定 按闭合刚架计算其内力 只在桥式倒虹吸等有特殊要求地方采用 ——管道内半径（mm） 由于计算工作量大 矩形倒虹吸管的横向内力 预应力混凝土管宜采用圆形过水断面 防渗的第二道防线 抗外压稳定计算安全系数不应小于下列各值 镇墩结构设计应符合下列规定 R 然后进行内力计算 其纵向的结构计算也相应分为两大类 用5m一级进行计算 各个杆件的计算长度为杆件形心轴之间的距离 关于现浇钢筋混凝土管说明如下 2 3 现很少采用 i P 采用特殊的耐高温树脂还可在200℃以上温度下正常工作 覆盖土厚度 ［σ］——相应计算工况的允许应力（N/mm 运输和施工不便 对矩形截面 ） 式中的管壁弯矩可根据作用的主要荷载按式（10.4.5-2）估算 运输方便.安全技术简单 已有不少工程开始大量采用 如新疆某供水工程 不宜用于回填土较大的情况 （3）钢筋混凝土矩形箱式管施工方便 对50m以上水头的管段 其强度等级不应低于C20 节约钢材 在阳光直接照射下易老化 钢管抗外压稳定验算的公式及方法应按现行行业标准《水电站压力钢管设计规范》SL 可不进行计算 全长400km 2 通常是指玻璃纤维增强树脂塑料管 其外表添加有紫外线对管道的辐射 不等截面或不等跨矩形倒虹吸管的横向内力计算宜用结构力学方法进行计算 目前 2 接头少 设备投资少 防腐防渗内衬层又分为内表面层和次内层 间断式管座上管身的纵向内力计算 它是由连续纤维缠绕层和树脂砂浆层组成 10.4.9 对δ/r 对于常规管道宜简化为纵 能够长期保持管道的安全运行 10.4.2 桥式倒虹吸管管身的管材应根据设计要求和自身支承结构类型选用 以改善其受力条件 耐腐蚀性能好 4）初拟的管壁厚度不满足强度 191的规定 ） ＜ 281 设计流量32m 当作用在管道上的荷载及其相应的管座反力确定后 10.4.4 管径较大的倒虹吸管工程 而且比同直径 其作用是防腐 σ 2）当水头较低（小于或等于15m）时 1）回填的覆盖土中不应混含有机材料 c 抗侵蚀等要求 水阻小 （2）钢筋混凝土圆形管由于其受力条件和水力条件均较好 稳定安全系数允许值应符合表10.4.10的规定 矩形管的横向内力计算的计算简图应按布置取为单孔或多孔闭合刚架 1）计算公式应按式（10.4.7-1）计算 玻璃钢夹砂管的覆盖土应符合下列规定 1 其中小洼槽倒虹吸管全长13km 可延缓玻璃钢夹砂管的老化 抗外压能力低 抗震性能好等优点 当 适用于高水头 否则施工难度增大 1）管壁厚度宜按下式初拟 成批量生产 用量较多的工程实例 水头损失小等特性 1 并具有管节可以较长（伸缩节之间间距可达70m～80m） 191关于伸缩缝最大间距的规定 其耐久性不及钢筋混凝土管 并应按要求定期洒水养护 定型化 露天布置的钢管管壁初拟厚度宜按由内水压力产生的环向拉应力进行估算 应按其设计条件选用符合现行国家标准《预应力钢筒混凝土管》GB/T 用加劲环加劲的钢管管壁和加劲环应为1.8 因此在我国应用比较广泛 耗用水泥多等缺点 适用于特殊重要管道 单孔或等跨多孔等截面矩形倒虹吸管的横向内力计算应沿水流方向截取一米长管段 i （4）目前我国有许多厂家生产玻璃钢夹砂管 应根据管道跨长L与管身内径D（宽度）的比值采用不同方法计算 价廉 但树脂含量仍高达70％～80％ 跨河沟的桥式倒虹吸管部分 并应符合现行行业标准《水工混凝土结构设计规范》SL 其中内表面层的树脂含量在90％以上 4 1）明置的钢管管壁和加劲环应为2.0 只列出了设计中对几个主要问题（管壁厚度 按圆柱形中长壳的弯曲理论或半弯曲理论计算 管节接口处应铺设厚度为管壁厚1.0倍～1.5倍的砂垫层作为过渡层 其布置和结构设计应符合本标准渡槽的有关规定进行 其他荷载所引起内力宜按薄壁管的结构力学方法计算 钢筋混凝土圆管的结构设计应符合下列规定 如引大入秦灌溉工程总干渠上的先明峡倒虹吸管 管径D＝2.0m 钢管结构设计应符合下列规定 纵向按截面为圆环形的梁计算 2 plastics） 3 ［σ］——钢材允许应力（MPa） 式中 ） 管道各部位中的压应力应小于混凝土的轴心抗拉强度标准值 并夯实达到设计密实度 实质就是压力钢管设计问题 强度高 2 钢制倒虹吸管的结构设计 防锈与维护费用也高 关于钢管说明如下 钢筋混凝土管管身的纵向内力 薄壁管内力计算 （1）玻璃钢夹砂管特点 钢筋混凝土矩形管宜直接布设在稳定 管道刚度1250N/m 10.4.9 2）初拟的管壁厚度 是目前我国采用玻璃钢夹砂管口径最大 当采用消除应力钢丝 但预应力混凝土管壁薄 允许应力 压力为0.4MPa 一阶段工艺法和自应力制管工艺法三种 钢管横断面管壁各计算点的应力计算公式及方法应按现行行业标准《水电站压力钢管设计规范》SL ——设计内水压力（N/mm 管内结冰后 按不同水头分段计算荷载时 其管道配套件齐全 r 宜分别计算在各项荷载作用下的管道内力 按布置方式可分为单孔管和多孔管 4 ） 应力计算要求等）的要求 按现行行业标准《水工混凝土结构设计规范》SL 表面层（外保护层） 2）无内水压力作用（空管）时 10.4.3 其纵向内力宜按弹性地基梁计算 根据计算内力成果 管外表面的巴氏硬度应不小于40 其弧形支承面上都铺设有便于管身随温度变化而自由滑动伸缩的材料（如沥青油毡等） 但应按抗裂要求布置纵向构造钢筋 钢筋混凝土圆形管管身内力计算是弹性理论空间问题 r ——管道内径（mm） 抗裂 现浇钢筋混凝土管管身的分节长度应根据地基 避免干裂或预应力损失过大而报废 不结垢 σ 其结构应符合下列规定 故除均匀内（外）水压力作用下所引起内力（应力）按此方法计算外 所以能够承受的水头（内水压力）也受到了一定限制 光面管和锚筋加劲的钢管管壁应为2.0 因此采用这类管座形式的管身纵向内力通常不是设计控制条件 2 预应力与其他荷载组合作用下 预应力钢筋混凝土管由于抗裂和抗渗性能均比普通钢筋混凝土管好 关于预应力钢筋混凝土管说明如下 按其过水断面形状不同 总工程量达1.433万t 重量轻 钢绞线作为预应力钢筋时 c ——混凝土抗裂安全系数