一种钢筋混凝土包封的电缆排管结构设计方法与流程

本发明涉及一种钢筋混凝土包封的电缆排管结构设计方法，属于地下电缆输电线路工程。

背景技术：

1、随着城市化进程的不断加速，使得城市的用电密度逐步提高，用电负荷也越来越大，而架空输电线路受到城市地面空间、环境景观保护及安全距离的限制，通道资源越来越匮乏，要求采用地下电缆敷设的输电线路越来越多。在110kv及以下电压等级的电网工程建设中，电缆采用排管敷设方式以可快速施工、结构型式合理、节省投资等特点得到广泛应用。

2、在城市地下电缆输电线路工程中，电缆排管往往需要下穿市政道路或周边环境复杂的地段，为了防止电缆排管结构受外力作用下发生破坏，常在保护管的外部采用钢筋混凝土包封。排管结构在荷载较大、地质条件较差和开挖风险较高的区域，容纳35kv及以上电缆或18孔及以上的排管应采用钢筋混凝土全包封，但目前电缆输电线路工程相关设计规范、标准暂未明确采用钢筋混凝土包封的电缆排管结构的设计方法。现有的工程做法常参考国家电网输变电工程通用设计—排管敷设模块进行设计，是采用素混凝土对排管进行包封设计。

3、比如cn111064155a一种排管阵列安装及包封施工方法，该方法适用于大多数城区道路上明挖施工的不同规格的电力电缆mpp排管安装，具有造价较低、施工速度快、工艺美观、抗压强度高、适应性强等特点。

4、然而，电缆排管下穿市政道路等复杂区域未进行详尽的配筋计算，而直接选用标准化的典型设计模块，存在较大的安全隐患，难以充分保证电缆排管的结构安全。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种钢筋混凝土包封的电缆排管结构设计方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种钢筋混凝土包封的电缆排管结构设计方法，包括以下步骤：

4、s1，规划电缆排管结构平面路径；

5、s2，确定保护管尺寸、数量、排列方式及材质；

6、s3，初拟受力钢筋直径、间距以及钢筋保护层厚度；

7、s4，以最小覆土厚度、纵向坡度及避让距离要求，完成纵断面设计；

8、s5，对电缆排管结构平面路径的典型断面进行荷载分析；

9、s6，将电缆排管结构截面等效为工字形截面，并采用弹性地基梁理论进行内力计算；

10、s7，根据内力计算结果对工字形截面进行配筋计算；

11、s8，根据配筋计算，在保证选配的钢筋直径与初拟钢筋直径相等前提下，调整间距以满足受力钢筋面积的配置要求，并完成截面复核；若通过调整钢筋间距会超过构造要求，重复s3-s7进行重新设计；

12、s9，根据构造要求完成其余设计。

13、优选的，在s1中，收集电缆排管结构沿线地形、地貌、地物及各障碍设施的基本特征完成平面路径规划；所述平面路径包括排管分段长度、工作井布置和线位走向。

14、优选的，在s2中，所述保护管内径尺寸是电缆外径的1.5倍以上，并根据电压等级、电缆回路数、电缆直径、载流量完成保护管材料选型。

15、优选的，s4中，所述最小覆土厚度不小于700mm，纵向坡度不小于0.2％。

16、优选的，在s5中，所述典型断面为电缆排管结构顶面覆土厚度较小且地面荷载较大的断面，或覆土较厚且竖向荷载与水平荷载均较大的断面。

17、优选的，在s6中，根据面积、惯性矩、截面总宽及总高不变的原则将电缆排管截面等效为工字形截面，公式如下；

18、

19、

20、

21、式中：

22、sk——各保护管公称外径包围的面积和；

23、ik——各保护管截面对电缆排管结构水平形心轴的惯性矩和；

24、m——保护管排数；

25、n——保护管列数；

26、a——单根保护管截面积；

27、ai——第i根保护管截面积；

28、d——单根保护管公称外径；

29、yi——第i排单根保护管中心至排管结构横截面水平形心轴的竖直距离；

30、bk——工字形截面一侧挖除的矩形宽度；

31、hk——工字形截面一侧挖除的矩形高度；

32、i——工字形截面对电缆排管结构水平形心轴的惯性矩。

33、优选的，在s6中，将电缆排管结构等效的工字形截面弹性地基梁进行内力计算，包括弯矩、剪力计算。

34、优选的，在s7中，工字形截面配筋计算如下：

35、1)排管结构纵向受力钢筋配置计算：

36、判定工字形截面类型：

37、

38、

39、第一类工字形截面，受压区高度在上翼板厚度内，即x≤h′f

40、

41、

42、第二类工字形截面，受压区高度已进入梁肋，即x＞h′f

43、

44、

45、基本公式符合以下条件：

46、x≤ξbh0

47、ρ≥ρmin

48、式中：

49、m——弯矩设计值；

50、fcd——混凝土轴心抗压强度设计值；

51、b——工字形截面受压区的翼缘宽度；

52、h0——截面有效高度；

53、x——截面受压区高度；

54、h′f——工字形截面受压区的翼缘宽度；

55、b——工字形截面的腹板宽度；

56、fsd——纵向受拉钢筋抗拉强度设计值；

57、as——纵向受拉钢筋的截面面积；

58、ξb——相对限界受压区高度；

59、ρmin——受拉钢筋最小配筋率；

60、ρ——受拉钢筋配筋率；

61、2)电缆排管结构箍筋配置计算：

62、等效后的工字形截面受弯构件的受剪截面符合下式：

63、v≤0.25βcfcdbh0

64、当v≤αcvftbh0→箍筋配置满足构造要求，并满足

65、当v＞αcvftbh0→箍筋配置满足并满足

66、式中：

67、v——电缆排管结构斜截面上的最大剪力设计值；

68、βc——混凝土强度影响系数；当混凝土强度等级不超过c50时，βc取1.0。

69、αcv——斜截面混凝土受剪承载系数，取0.7；

70、ft——混凝土轴心抗拉强度设计值；

71、asv——配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积；

72、s——延排管结构长度方向的箍筋间距；

73、ρsv——箍筋的配筋率；

74、fyv——箍筋的抗拉强度设计值；

75、3)横截面内力计算：

76、竖向荷载q作用下，由各列保护管间及两侧的混凝土承担；侧向压力e1、e2作用下，由各排保护管间及上下侧的混凝土承担。

77、优选的，根据受力钢筋面积as计算结果，选配合理的钢筋直径与间距，纵向受力钢筋直径不小于10mm，间距控制在100～200mm之间，并根据实际配筋面积完成截面复核，正截面抗弯承载力mu≥m。

78、优选的，在s9中，所述构造要求包括上部纵向构造钢筋最小直径不小于8mm，其截面面积不小于下部纵向受力钢筋计算所需截面面积的1/4，且至少2根，间距控制在100～200mm之间；

79、电缆排管结构等效的工字形截面腹板高度hw≥450mm时，在截面的两侧面均应沿竖向配置纵向构造钢筋，每侧纵向构造钢筋的间距≤200mm，截面面积不小于0.1％×bhw；排管结构下部垫层混凝土强度等级不小于c15，垫层厚度不小于100mm。

80、本发明具有如下有益效果：

81、电缆排管结构采用钢筋混凝土包封，大幅提升了电缆排管结构的受力性能，防止电缆排管结构受外部超载作用下发生破坏，保障电缆输电线路的供电可靠性。电缆排管结构通过截面等效的方式将带孔洞的不规整截面等效为工字形截面，并采用弹性地基梁模型进行内力计算，符合其受力特性，配筋计算更为合理，不仅避免了配筋冗余造成工程材料的浪费，同时还减少了排管结构配筋不足引发的工程结构破坏事故。

82、通过采用钢筋混凝土包封的方式，排管结构得以获得更好的受力性能。钢筋混凝土具有较高的抗压和抗拉强度，因此可以有效承受外部超载带来的压力和拉力。

83、采用截面等效的方法可以简化计算过程。通过将带孔洞的不规则截面等效为工字形截面，可以使结构更加规整，便于计算和施工。同时，这种截面等效的方法也有利于钢筋的布置和配筋的计算。通过合理配置钢筋，既能满足结构的强度要求，又可以避免配筋冗余和不足导致的工程质量问题。

84、此外，采用弹性地基梁模型进行排管结构的内力计算，可以更准确地反映结构在受力过程中的变形和应力情况，从而更好地预测结构的受力性能。这种计算方法考虑了结构的弹性特性，能够更精确地确定钢筋的尺寸和数量，确保结构的安全性和稳定性。