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[摘 要]分析了 PCCP 的计算原理和计算步骤，利用 PCCP 所依据的 CECS 140：2011 标准中的计算方法和基本公式，采用JAVA为开发工具，进行了PCCP管设计程序的研究。
[关键字]预应力钢筒混凝土管；计算程序；JAVA
中图分类号：TV49 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）35-0046-01
1 研究背景和意义
PCCP输水管道技术是我国于1990年前后陆续从美国引进，在引进管道的同时也引进了PCCP管道的设计标准ANSI/AWWA C304《预应力钢筒混凝土管设计标准》。
随着PCCP输水管道的日益推广使用和20多年来的大力研究及实践，我国制定、修订了设计标准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》，此规范更好的贯彻执行了我国的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。本软件根植于中国工程建设协会标准CECS140：2011，同时基于JAVA平台，自动获取计算缠丝面积，缩短了设计运算时间，提高准确率，为工程设计、施工等方面提供了极大的方便。
2 项目理论依据和实践依据
2.1理论依据
2.1.1 以概率论为基础的极限状态设计方法，以可靠指标度量管道结构的可靠度，除对管道整体稳定验算外，均采用分项系数的设计表达方式进行设计。
2.1.2 预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管管道的结构设计使用年限为50年。
2.1.3 预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管管道结构，应按两种极限状态进行设计
①承载能力极限状态：管道结构达到最大的承载能力，管体或连接构件因材料强度被超过而破坏，管道结构整体失去平衡。管道结构进行强度计算时，结构上的各种作用均应采用作用设计值，作用设计值应作为分项系数与作用代表值的乘积，作用效应的基本组合设计值应按下式确定：
②正常使用极限状态：管道结构出现超过使用要求的裂缝；超过正常使用的变形量限值。管道结构应分别按作用效应的标准组合和准永久组合进行验算，并应保证管壁截面和砂浆保护层不出现裂缝，以及应力边计算值不超过规定的限值。
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：
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：
2.1.4 预应力混凝土管管道和预应力钢筒混凝土管管道的结构内力应按弹性体系计算，不考虑非弹性变形所引起的塑性内力重分布。
2.1.5 当管道地基土质或顶管覆土有显著变化时，应计算地基不均匀沉降对管道结构的影响，采取相适应的构造措施或进行地基处理。
2.1.6 预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管的环向预应力钢丝直
径不得小于4mm，配置双层或多层钢丝时，内层钢丝的水泥砂浆覆盖层厚度不应小于钢丝直径。
2.1.7 同一层钢丝中心距，对埋置式预应力钢筒混凝土管不得小于钢丝直径的2.5倍，对内衬式预应力钢筒混凝土管不得小于钢丝直径的2.75倍；最大间距不得大于38mm。当内衬式预应力钢筒混凝土管配置直径大于或者等于6mm的粗钢丝时，其最大间距不应大于25.4mm。
2.2项目实践依据
2.2.1 本软件用于埋地敷设的预应力混凝土管和預应力钢筒混凝土管管道的结构设计，其埋地条件为素土平基、人工土弧基础及混凝土基础。
2.2.2 本软件基于中国工程建设协会标准CECS140：2011，是根据现行国家标准《给水排水工程管道结构设计规范》GB50332规定的原则制定，产品质量应分别符合现行国家标准《预应力混凝土管》GB5696和《预应力钢筒混凝土管》GB/T19685的要求。。
2.2.3 对于建设在地震地区、湿陷性黄土或膨胀土等特殊地区的预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管管道结构设计，除了符合本软件规程外，尚应符合国家现行有关标准的规定。
3 软件使用方法步骤
3.1 界面建立：
在浏览器的“管计算列表”中选择“管计算添加”项目，进入管道计算界面。
3.2 数据选择：
（1）根据招标文件或其他反应工程情况以及业主要求的相关材料，确定所以需要计算的管型。
（2）打开计算界面，根据管型型号，填写计算名称、管体名称、管体设计者、设计单位等基础信息，
（3）首先选择管体类型，再输入管道内侧直径，由于软件有根据国标GB/T19685-2017《预应力钢筒混凝土管》的数据联动功能，所以在选择好管体类型与输入管道内径时，其他输入口便自动显示相应的国标数值，
（4）再根据该管型要求的管顶覆土高度与工作工压，在相应的栏目中进行更改。
（5）弯矩系数配置、管道分项系数配置选择
（6）需要注意，根据招标文件以及业主要求，其他栏目的内容是否有特殊要求，如：地下水位、钢筒强度设计值、荷载作用的弯矩系数、管道作用的分项系数、开槽施工土压力系数等其他影响管道结构设计的限制条件。
3.3 运算与检查：
（1）选择好相应数值后，点击试运算，看计算结果，如果运行正常，运算结果界面中的条件均满足，则计算正确，设计所选用数值准确，可返回，运算并保存，查询螺距
（2）如果选择的数据无法支持该管型的结构计算，则不显示计算结果界面，同时出现提示文字：假定预应力钢丝的截面面积不在最大最小配筋面积范围内！请重新录入并检查基础信息。此时需要根据生产条件的实际情况更换计算的基础条件，如：管芯厚度、钢丝直径、管芯混凝土强度等级、砂浆强度等级、钢丝强度标准值等，逐步试验性调整，使其计算出的配筋面积符合要求。
（3）当经过调整计算，单层缠丝无法满足管型结构要求时，可采用双层缠丝，以满足更大工况的管型，钢丝层数变为2层，层间钢丝净距离为钢丝直径，其他栏目数据选择方法与后续计算检查和单层基本相同。
3.4 结果查询：
（1）计算结果无误后，点击“运算并保存”按钮，回到管结算列表，
（2）列表最后的“操作”对应修改、删除、导出功能。
参考文献：
[1]《给水排水工程埋地预应力钢筒混凝土管和预应力钢筒混凝土管道结构设计规程》CECS 140：2011
[2]《预应力钢筒混凝土管》GB/T 19685-2017
[3]《混凝土输水管试验方法》GB/T 15345-2017
[关键字]预应力钢筒混凝土管；计算程序；JAVA
中图分类号：TV49 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）35-0046-01
1 研究背景和意义
PCCP输水管道技术是我国于1990年前后陆续从美国引进，在引进管道的同时也引进了PCCP管道的设计标准ANSI/AWWA C304《预应力钢筒混凝土管设计标准》。
随着PCCP输水管道的日益推广使用和20多年来的大力研究及实践，我国制定、修订了设计标准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》，此规范更好的贯彻执行了我国的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。本软件根植于中国工程建设协会标准CECS140：2011，同时基于JAVA平台，自动获取计算缠丝面积，缩短了设计运算时间，提高准确率，为工程设计、施工等方面提供了极大的方便。
2 项目理论依据和实践依据
2.1理论依据
2.1.1 以概率论为基础的极限状态设计方法，以可靠指标度量管道结构的可靠度，除对管道整体稳定验算外，均采用分项系数的设计表达方式进行设计。
2.1.2 预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管管道的结构设计使用年限为50年。
2.1.3 预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管管道结构，应按两种极限状态进行设计
①承载能力极限状态：管道结构达到最大的承载能力，管体或连接构件因材料强度被超过而破坏，管道结构整体失去平衡。管道结构进行强度计算时，结构上的各种作用均应采用作用设计值，作用设计值应作为分项系数与作用代表值的乘积，作用效应的基本组合设计值应按下式确定：
②正常使用极限状态：管道结构出现超过使用要求的裂缝；超过正常使用的变形量限值。管道结构应分别按作用效应的标准组合和准永久组合进行验算，并应保证管壁截面和砂浆保护层不出现裂缝，以及应力边计算值不超过规定的限值。
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：
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：
2.1.4 预应力混凝土管管道和预应力钢筒混凝土管管道的结构内力应按弹性体系计算，不考虑非弹性变形所引起的塑性内力重分布。
2.1.5 当管道地基土质或顶管覆土有显著变化时，应计算地基不均匀沉降对管道结构的影响，采取相适应的构造措施或进行地基处理。
2.1.6 预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管的环向预应力钢丝直
径不得小于4mm，配置双层或多层钢丝时，内层钢丝的水泥砂浆覆盖层厚度不应小于钢丝直径。
2.1.7 同一层钢丝中心距，对埋置式预应力钢筒混凝土管不得小于钢丝直径的2.5倍，对内衬式预应力钢筒混凝土管不得小于钢丝直径的2.75倍；最大间距不得大于38mm。当内衬式预应力钢筒混凝土管配置直径大于或者等于6mm的粗钢丝时，其最大间距不应大于25.4mm。
2.2项目实践依据
2.2.1 本软件用于埋地敷设的预应力混凝土管和預应力钢筒混凝土管管道的结构设计，其埋地条件为素土平基、人工土弧基础及混凝土基础。
2.2.2 本软件基于中国工程建设协会标准CECS140：2011，是根据现行国家标准《给水排水工程管道结构设计规范》GB50332规定的原则制定，产品质量应分别符合现行国家标准《预应力混凝土管》GB5696和《预应力钢筒混凝土管》GB/T19685的要求。。
2.2.3 对于建设在地震地区、湿陷性黄土或膨胀土等特殊地区的预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管管道结构设计，除了符合本软件规程外，尚应符合国家现行有关标准的规定。
3 软件使用方法步骤
3.1 界面建立：
在浏览器的“管计算列表”中选择“管计算添加”项目，进入管道计算界面。
3.2 数据选择：
（1）根据招标文件或其他反应工程情况以及业主要求的相关材料，确定所以需要计算的管型。
（2）打开计算界面，根据管型型号，填写计算名称、管体名称、管体设计者、设计单位等基础信息，
（3）首先选择管体类型，再输入管道内侧直径，由于软件有根据国标GB/T19685-2017《预应力钢筒混凝土管》的数据联动功能，所以在选择好管体类型与输入管道内径时，其他输入口便自动显示相应的国标数值，
（4）再根据该管型要求的管顶覆土高度与工作工压，在相应的栏目中进行更改。
（5）弯矩系数配置、管道分项系数配置选择
（6）需要注意，根据招标文件以及业主要求，其他栏目的内容是否有特殊要求，如：地下水位、钢筒强度设计值、荷载作用的弯矩系数、管道作用的分项系数、开槽施工土压力系数等其他影响管道结构设计的限制条件。
3.3 运算与检查：
（1）选择好相应数值后，点击试运算，看计算结果，如果运行正常，运算结果界面中的条件均满足，则计算正确，设计所选用数值准确，可返回，运算并保存，查询螺距
（2）如果选择的数据无法支持该管型的结构计算，则不显示计算结果界面，同时出现提示文字：假定预应力钢丝的截面面积不在最大最小配筋面积范围内！请重新录入并检查基础信息。此时需要根据生产条件的实际情况更换计算的基础条件，如：管芯厚度、钢丝直径、管芯混凝土强度等级、砂浆强度等级、钢丝强度标准值等，逐步试验性调整，使其计算出的配筋面积符合要求。
（3）当经过调整计算，单层缠丝无法满足管型结构要求时，可采用双层缠丝，以满足更大工况的管型，钢丝层数变为2层，层间钢丝净距离为钢丝直径，其他栏目数据选择方法与后续计算检查和单层基本相同。
3.4 结果查询：
（1）计算结果无误后，点击“运算并保存”按钮，回到管结算列表，
（2）列表最后的“操作”对应修改、删除、导出功能。
参考文献：
[1]《给水排水工程埋地预应力钢筒混凝土管和预应力钢筒混凝土管道结构设计规程》CECS 140：2011
[2]《预应力钢筒混凝土管》GB/T 19685-2017
[3]《混凝土输水管试验方法》GB/T 15345-2017