一、橢圓管截面參數(shù)設(shè)計

歐美國家在城市排水管道的中、小管徑系統(tǒng)中常用混凝土橢圓管和卵形管。優(yōu)點主要在于：（1）在同樣過水面積條件下，頂弧直徑小，因而結(jié)構(gòu)內(nèi)力減少，配筋可減少，材料用量降低，成本降低；（2）橫向尺寸減小，在地下管線密布、水平布置有困難的場所使用，有其特殊優(yōu)點；（3）底部斷面小，流水速度大，利于管道自潔；（4）帶有混凝土底座，有提高承載力的作用。異形混凝土管的斷面設(shè)計難點是合理確定各截面尺寸又符合結(jié)構(gòu)受力等最優(yōu)原則。

根據(jù)有限元初步分析結(jié)果最終選擇結(jié)構(gòu)斷面，首先確保管材在裂縫荷載作用下仍處于彈性階段，裂縫荷載是水泥管按三點法加載時，管壁裂縫寬度為0.2mm時的荷載值。通過線性分析計算得到管材最大拉應(yīng)力值；其次根據(jù)設(shè)計強(qiáng)度選擇合適配比的RPC，使材料的抗拉強(qiáng)度略高于管材最大拉應(yīng)力值，以使管材不出現(xiàn)宏觀的裂縫。最終選擇管內(nèi)寬為400mm，內(nèi)高為600mm，過水面積為0.19mm2，相當(dāng)于圓管內(nèi)徑為491mm，管壁厚選取50mm。管內(nèi)是高600mm、寬400mm的橢圓，管頂厚50mm，管側(cè)厚30mm，管底厚50mm，底座寬度為240mm。如圖1所示。

  
圖1 橢圓管截面定型示意  圖2 異形橢圓水泥管模具

二、異形橢圓管道制作

根據(jù)管材截面參數(shù)，可知管材內(nèi)部為四段圓弧拼湊而成，外部是由三段圓弧加上直線組成，依據(jù)此特性，采取定制水泥管模具進(jìn)行生產(chǎn)，如圖2所示。水泥管模具主要由內(nèi)模、外模和底模組成，內(nèi)模為一個整體，在管側(cè)壁有一個螺栓控制側(cè)邊豁口以方便脫模；外模由上下兩部分通過兩側(cè)的螺栓控制組合而成，沿著徑向由四段鋼片焊接組成。底模主要為了控制截面尺寸并封住管材一端防止漏漿，通過螺栓與外模具牢固連接。由于內(nèi)外模是分離的，在振搗棒振搗過程中容易造成內(nèi)模的移動形成壁厚誤差，因此在管材振搗過程中，在側(cè)壁和管頂管底分別有與截面厚度匹配的四個鋼片卡在控制點處，防止內(nèi)模與外模的相對滑動，造成尺寸誤差。管道采有振搗棒振搗的立式成型，蒸汽養(yǎng)護(hù)。

三、試驗原材料選擇

活性粉末混凝土（RPC）是一種高性能混凝土，主要由超細(xì)活性粉末、水泥、優(yōu)質(zhì)骨料、高強(qiáng)度纖維等組成，是通過最優(yōu)化級配設(shè)計，經(jīng)高溫?zé)岷系忍貙懝に囍苽涞母呒夹g(shù)復(fù)合材料。研究表明，這種材料抗壓強(qiáng)度可達(dá)200MPa。鋼纖維摻入使得RPC具有更好的延性，克服了超高強(qiáng)混凝土的脆性問題。根據(jù)RPC軸心受拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線，RPC的極限抗拉強(qiáng)度可達(dá)14MPa，大大優(yōu)于普通鋼筋混凝土極限抗拉強(qiáng)度1～2MPa。本次設(shè)計研究的是直徑500mm的管道，根據(jù)《混凝土和鋼筋混凝土排水管》GB/T 11836-2009公稱直徑500mm的鋼筋混凝土排水管的裂縫荷載為44KN/m，破壞荷載為68KN/m。

四、結(jié)論

本文對活性粉末混凝土橢圓形水泥管力學(xué)性能進(jìn)行相關(guān)試驗分析，按國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗，結(jié)果表明：

1. 纖維增強(qiáng)活性粉末混凝土是一種理想的制作橢圓形管道的材料，試驗表明可以用此種材料設(shè)計和生產(chǎn)出性能良好的異形排水管道。

2. 試驗中采用RPC材料抗拉強(qiáng)度達(dá)8MPa，結(jié)果表明該管裂縫荷載遠(yuǎn)大于規(guī)范要求，考慮經(jīng)濟(jì)原則，實際生產(chǎn)時可選用抗拉強(qiáng)度5～7MPa的材料更為經(jīng)濟(jì)些。

3. 在規(guī)范要求裂縫荷載0.2mm工作條件下，RPC管道未出現(xiàn)裂縫，加上材料本身具有良好的耐久性，因此RPC管可用在耐久性要求較高的環(huán)境。

4. 由于RPC材料價格原因，RPC橢圓管適用于300～1200mm左右斷面較為經(jīng)濟(jì)，大斷面用混凝土管較為合適。