中国从上世纪80年代末引入预应力钢筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe,简称PCCP）技术,现在已初步形成自己的一套设计、施工和研究体系。但PCCP管自重较大,工艺复杂,混凝土强度偏低,耐久性较差。本课题以超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete,简称UHPC）代替传统的普通混凝土,对传统管材进行了结构优化设计与分析,给出了结构计算流程与方法,采用有限元软件模拟管道在安装、运行阶段的复杂工况下的响应并进行分析。论文主要包括以下方面内容:本文结合现行规范以及管道形式,提出预应力钢筒混凝土管的优化设计思路,给出新型管道的结构计算方法。结合输水工程的实际问题,从管体的竖向土压力、侧向土压力、地面车辆荷载等荷载分析入手,进行两种优化方案的结构设计理论分析,给出了优化后的结构计算公式,并进行算例分析。采用C++的QT框架进行开发,设计了可完成常规工况结构运算的计算软件,其中用户图形界面和说明书文档的导出使用QT框架的方法开发,核心代码为纯C++计算代码。工程人员可输入基本设计条件,获得满足结构要求的结构形式,并可获得结构计算书。根据常规荷载条件,本文给出了预应力钢筒超高性能混凝土管和预应力超高性能混凝土管两种优化管道的基本尺寸。通过建立预应力超高性能混凝土管道模型,分析其安装和运行过程中的安全性。对优化后的预应力超高性能混凝土输水管在各种工况进行了数值仿真分析,采用七个分析步对预应力超高性能混凝土管进行加载,验证管道从安装到使用过程中的安全性。采用结构优化设计方案后,单方混凝土材料成本增加80%～90%,管材用混凝土量减少约50%。用预应力钢筋代替钢筒后,用钢量仅相当于钢筒的20%,实现了产品的轻型化和吊装运输成本的降低。