CN114811201B - 预应力混凝土管及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及输水管道技术领域，尤其是涉及一种预应力混凝土管及其设计方法。该预应力混凝土管的设计方法包括以下步骤：将预应力混凝土管配置为包括管芯、预应力筋层和保护层，管芯包括管芯本体和预制于管芯本体内的钢筒，预应力筋层以预定缠丝应力缠绕于管芯的外周，保护层包覆于预应力筋层和管芯的外周；将管芯本体的材质配置为高性能混凝土，将保护层的材质配置为高延性材料；将管芯的壁厚配置为小于预应力混凝土管的外径的1/16。该预应力混凝土管根据该预应力混凝土管的设计方法设计而成。预应力混凝土管及其设计方法，在确保管材刚度的前提下，使得管芯壁厚减小至管材外径的1/16以下，降低了自重，节约了原料。
Description
技术领域
本申请涉及输水管道技术领域，尤其是涉及一种预应力混凝土管及其设计方法。
背景技术
随着PCCP(预应力混凝土管)的发展及应用，暴露出如管身自重较大，耐久性、腐蚀断丝等诸多问题。
具体而言，由于PCCP运行的环境非常复杂，管线周围经常含有大量的影响管材使用寿命的腐蚀因子，传统的PCCP结构面对这种运行环境具有以下局限性：
第一，受限于现场安装、安全搬运等条件限制，国内相关标准要求PCCP设计的最小厚度一般不小于管材外径的1/16，这就意味着，3000mm的管材必须具有不小于187.5mm的壁厚。此外，在较差的土壤条件下或者覆土较深的情况下，更加要增大壁厚，否则容易引发管材变形开裂的问题。可以理解的是，壁厚越厚，管材的自重就越大。
第二，传统PCCP的保护层在严苛工况下极易产生有害的开裂，容易对砂浆保护层的性能造成不利影响，与此同时，保护层结构被开裂破坏后，会导致对于预应力钢丝的保护失效，预应力钢丝将很快被腐蚀破坏，最终导致管材失效。
发明内容
本申请的目的在于提供一种预应力混凝土管及其设计方法，以在一定程度上解决现有技术中存在的PCCP壁厚过厚，导致管材自重过大，以及保护层容易开裂导致预应力钢丝容易被腐蚀破坏的技术问题。
本申请提供了一种预应力混凝土管的设计方法，包括以下步骤：
将预应力混凝土管配置为包括管芯、预应力筋层和保护层，所述管芯包括管芯本体和预制于所述管芯本体内部的钢筒，所述预应力筋层以预定缠丝应力缠绕于所述管芯的外周，所述保护层包覆于所述预应力筋层和所述管芯的外周；
将所述管芯本体的材质配置为高性能混凝土，将所述保护层的材质配置为高延性材料，所述高延性材料为高延性混凝土或高延性砂浆；
将所述管芯的壁厚配置为小于所述预应力混凝土管的外径的1/16。
在上述技术方案中，进一步地，将所述管芯的壁厚配置为所述预应力混凝土管的外径的1/22-1/20。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述将所述管芯的壁厚配置为小于所述预应力混凝土管的外径的1/16的步骤具体包括以下步骤：
选择壁厚：在小于所述预应力混凝土管的外径的1/16的范围内选择所述管芯的壁厚；
刚性验证：验证所述管芯的壁厚是否满足不小于最小壁厚t0的条件，所述最小壁厚t0的计算公式如下：
所述最小壁厚t0＝r*(Ed/Ep)1/3，其中，r为预应力混凝土管的计算半径，Ed为所述管芯的弹性模量，Ep为管侧土的综合变形模量；
确定壁厚：如果所述管芯的壁厚通过刚性验证，则选定所述管芯的壁厚；如果未通过验证，则重新选择所述管芯的壁厚，并进行刚性验证，直至通过刚性验证。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述预应力混凝土管的设计方法还包括以下步骤：
将所述预应力筋层配置为由在所述管芯的外周缠绕预应力钢丝或钢绞丝而形成，相应地，将所述预应力筋层的预定缠丝应力配置为所述预应力钢丝的屈服强度或者所述钢绞丝的屈服强度的70-75％。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述预应力混凝土管的设计方法还包括以下步骤：
将所述预应力筋层配置为由在所述管芯的外周缠绕纤维增强复合筋而形成，将所述预应力筋层的预定缠丝应力配置为所述纤维增强复合筋的许用应力60-65％。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述预应力混凝土管的设计方法还包括以下步骤：
保护层拉应力获取：获取所述保护层的截面外缘最大拉应力σ；
保护层拉应力验证：验证所述保护层的截面外缘最大拉应力σ不超过所述高延性材料的抗拉强度标准值σ0，所述高延性材料的抗拉强度标准值σ0的计算公式如下：
σ0＝αm*εmt*Em，其中，αm—所述保护层的应变参数；εmt—所述保护层相应于抗拉强度的应变量；Em—高延性材料的弹性模量。
在上述任一技术方案中，进一步地，将所述高性能混凝土配置为包括以下重量的各组分：水泥500-700份、粉煤灰150-240份、矿粉30-100份、中砂500-700份、连续碎石650-850份、外加剂15-25份、水140-180份以及组合纤维3-10份；
将所述高延性材料配置为包括以下重量的各组分：水泥350-500份、粉煤灰350-500份、矿粉50-150份、中砂1000-1200份、外加剂15-25份以及组合纤维15-30份。
在上述任一技术方案中，进一步地，将所述组合纤维配置为由多种长度的短切增强纤维混合而成。
在上述任一技术方案中，进一步地，将所述组合纤维配置为由6mm、12mm或18mm中至少两种长度的短切增强纤维混合而成。
本申请还提供了一种预应力混凝土管，根据上述任一技术方案所述的预应力混凝土管的设计方法设计而成。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
本申请提供的预应力混凝土管的设计方法，将预应力混凝土管配置为包括管芯、预应力筋层和保护层，管芯包括管芯本体和预制于管芯本体内部的钢筒，预应力筋层以预定缠丝应力缠绕于管芯的外周，保护层包覆于预应力筋层和管芯的外周；将管芯本体的材质配置为高性能混凝土，将保护层的材质配置为高延性材料；将管芯的壁厚配置为小于预应力混凝土管的外径的1/16。
从而该预应力混凝土管的设计方法具有以下有益效果：
第一，能够在确保预应力混凝土管仍属于刚性管，且管芯不产生裂缝的前提下，使得管芯的壁厚显著减小，至少将渎职预应力混凝土管的外径的1/16，从而不仅能够大幅减小预应力混凝土管的自重，节约管芯的成型材料，以达到降低成型成本以及运输成本的目的。
第二，保护层的延展性显著提高，随之大幅提高抗拉强度，从而提高了抗变形以及抗开裂性能，进而能够更加持久且可靠地保护预应力筋层以及管芯，有利于延长预应力混凝土管的耐久性。
本申请提供的预应力混凝土管，根据上述的预应力混凝土管的设计方法设计而成。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的预应力混凝土管的结构示意图。
附图标记：
1-管芯本体；2-钢筒；3-预应力筋层；4-保护层。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1所示，本申请的第一方面提供了一种预应力混凝土管的设计方法，用于设计一种可以实现薄壁的预应力混凝土管。
本实施例的可选方案中，预应力混凝土管的设计方法包括以下步骤：
步骤S100，将预应力混凝土管配置为包括管芯、预应力筋层3和保护层4，管芯包括管芯本体1和预制于管芯本体1内部的钢筒2，预应力筋层3以预定缠丝应力缠绕于管芯的外周，保护层4包覆于预应力筋层3和管芯的外周；
步骤S110，将管芯本体1的材质配置为高性能混凝土，将保护层4的材质配置为高延性材料；
步骤S120，将管芯的壁厚配置为小于预应力混凝土管的外径的1/16。
在该可选方案中，在步骤S100中，管芯能够抵抗轴向预加应力，预应力筋层3使管芯预先受到一定的预压应力，以抵抗预应力混凝土管的内部压力，同时使得钢筒2与管芯本体1变形相一致，从而保护层4，钢筒2、预应力筋层3、管芯本体1以及保护层4形成力平衡，管芯本体1的应力不得超过预应力筋层3抵抗破坏的应力和管芯本体1抵抗破坏的应力之和，保护层4的应变小于保护层4材料自身的许用应变。
具体而言，将管芯本体1配置为包括内衬于钢筒2的内周的内层管芯以及包覆于钢筒2的外周的外层管芯。
在步骤S110中，传统的PCCP的管芯所用的混凝土的抗压强度一般为C40-C60，抗拉强度为抗压强度的5％左右，导致抗拉强度较低，从而传统的PCCP的管芯仅能够承担轴向预加应力，而对于提升抗内压能力没有帮助，还是要通过提升预应力筋层3的配筋面积，以提高PCCP的抗内压能力，随着预应力筋的配筋面积提高，需要提高管芯的壁厚，才能确保管芯能够承受预应力筋的缠丝应力，导致管芯的壁厚增大。
与传统的PCCP形成对比的是，通过将管芯本体1的材质配置为高性能混凝土，高性能混凝土的抗压强度不小于80MPa，能够使得管芯能够抵抗更多的预加应力，从而无需为了提高抵抗预加应力的能力而增大壁厚，使得管芯的壁厚显著减小，且抗拉强度标准值不小于5MPa，抗拉应变不小于1400*10-6，管芯的破坏主要表现为受拉破坏，即使管芯的壁厚减小，也能够在管材发生一定形变的情况下，确保管芯不产生裂缝。
在此基础上，保护层4的破坏主要变现为受拉破坏，保护层4的作用除了为预应力混凝土管提供一定的刚度外，还用于保护预应力筋层3，因而保护层4结构必须要满足一定的致密性，有鉴于此，通过将保护层4的材质配置为高延性材料，高延性材料例如为高延性砂浆或者高延性混凝土，使得保护层4的抗压强度不低于45MPa，抗拉强度不低于6MPa，抗拉应变不小于2200*10-6，并确保保护层4的吸水率不超过3％。
在步骤S120中，将管芯设置为预应力混凝土管的外径的1/17、1/18、1/19、1/20或者更小，也就是说，通过对保护层4和管芯进行改进，使得管芯的壁厚降低至预应力混凝土管的外径的1/16以下成为可能。
进一步地，在步骤S120中，将管芯的壁厚配置为预应力混凝土管的外径的1/22-1/20，例如1/22、2/43、1/21、2/41、或/1/22等，从而相较于传统的PCCP，能够将关心的壁厚减小30％-45％，管材整体的自重减小30％左右。
本实施例的可选方案中，预应力混凝土管的设计方法包括以下步骤：
步骤S200，将预应力混凝土管配置为包括管芯、预应力筋层3和保护层4，管芯包括管芯本体1和预制于管芯本体1内部的钢筒2，预应力筋层3以预定缠丝应力缠绕于管芯的外周，保护层4包覆于预应力筋层3和管芯的外周；
步骤S210，将管芯本体1的材质配置为高性能混凝土，将保护层4的材质配置为高延性材料；
步骤S220，选择壁厚：在小于预应力混凝土管的外径的1/16的范围内选择管芯的壁厚；
步骤S230，刚性验证：验证管芯的壁厚是否满足不小于最小壁厚t0的条件，最小壁厚t0的计算公式如下：
最小壁厚t0＝r*(Ed/Ep)1/3，其中，r为预应力混凝土管的计算半径，Ed为管芯的弹性模量，Ep为管侧土的综合变形模量；
步骤S240，确定壁厚：如果管芯的壁厚通过刚性验证，则选定管芯的壁厚；如果未通过验证，则重新选择管芯的壁厚，并进行刚性验证，直至通过刚性验证。
在该可选方案中，通过步骤S230和步骤S240能够确保管芯的壁厚不会过小，管芯的壁厚过小有可能导致预应力混凝土管不再是刚性管道而是柔性管道，因而通过验证管芯的壁厚不小于最小壁厚t0，能够确保管材的结构刚度与管周土体的刚度壁纸不小于1，也即确保该预应力混凝土管为刚性管。
其中，预应力混凝土管的计算半径r等于预应力混凝土管的外径与内径的平均值。
本实施例的可选方案中，预应力混凝土管的设计方法包括以下步骤：
步骤S300，将预应力混凝土管配置为包括管芯、预应力筋层3和保护层4，管芯包括管芯本体1和预制于管芯本体1内部的钢筒2，预应力筋层3以预定缠丝应力缠绕于管芯的外周，保护层4包覆于预应力筋层3和管芯的外周；
步骤S310，将管芯本体1的材质配置为高性能混凝土，将保护层4的材质配置为高延性材料，将预应力筋层3配置为由在管芯的外周缠绕预应力钢丝或钢绞丝而形成，相应地，将预应力筋层3的预定缠丝应力配置为预应力钢丝的屈服强度或者钢绞丝的屈服强度的70-75％；
步骤320，选择壁厚：在小于预应力混凝土管的外径的1/16的范围内选择管芯的壁厚；
步骤S330，刚性验证：验证管芯的壁厚是否满足不小于最小壁厚t0的条件，最小壁厚t0的计算公式如下：
最小壁厚t0＝r*(Ed/Ep)1/3，其中，r为预应力混凝土管的计算半径，Ed为管芯的弹性模量，Ep为管侧土的综合变形模量；
步骤S340，确定壁厚：如果管芯的壁厚通过刚性验证，则选定管芯的壁厚；如果未通过验证，则重新选择管芯的壁厚，并进行刚性验证，直至通过刚性验证；
步骤S350，保护层4拉应力获取：获取保护层4的截面外缘最大拉应力σ；
步骤S360，保护层4拉应力验证：验证保护层4的截面外缘最大拉应力σ不超过高延性砂浆或高延性混凝土的抗拉强度标准值σ0，高延性材料的抗拉强度标准值σ0的计算公式如下：
σ0＝αm*εmt*Em，其中，αm—保护层4的应变参数；εmt—保护层4相应于抗拉强度的应变量；Em—高延性砂浆或高延性混凝土的弹性模量。
值得解释的是传统砂浆的抗拉强度标准值可以查表确定，通常最大只能取到C80，而本申请中的保护层4由于采用了高延性材料，高延性材料的抗拉强度标准值不小于C80，因而无法通过传统方法确定，为了合理且准确地确定高延性材料的抗拉强度标准值，可以采用上述计算公式对其进行计算。
在该可选方案中，通过步骤S350和步骤S360对保护层4所能承受的拉应力进行验证，以确保保护层4能够提供足够的拉应力。
此外，在步骤S310中，采用预应力钢丝或钢绞丝作为预应力筋的材料，且通过将预应力筋层3的预定缠丝应力配置为预应力钢丝的屈服强度或者钢绞丝的屈服强度的70-75％，不仅能够确保预应力筋层3提供足够的预应力以满足抵抗内压的需求，而且可以避免预应力钢丝或钢绞丝的预应力过大导致寿命缩短。
进一步地，为了延长预应力筋层3的使用寿命，可以在预应力钢丝或者钢绞丝的外侧包覆防锈剂或环氧树脂等防腐层。
本实施例的可选方案中，预应力混凝土管的设计方法包括以下步骤：
步骤S400，将预应力混凝土管配置为包括管芯、预应力筋层3和保护层4，管芯包括管芯本体1和预制于管芯本体1内部的钢筒2，预应力筋层3以预定缠丝应力缠绕于管芯的外周，保护层4包覆于预应力筋层3和管芯的外周；
步骤S410，将管芯本体1的材质配置为高性能混凝土，将保护层4的材质配置为高延性材料，将预应力筋层3配置为由在管芯的外周缠绕纤维增强复合筋而形成，将预应力筋层3的预定缠丝应力配置为纤维增强复合筋的许用应力的60-65％；
步骤420，选择壁厚：在小于预应力混凝土管的外径的1/16的范围内选择管芯的壁厚；
步骤S430，刚性验证：验证管芯的壁厚是否满足不小于最小壁厚t0的条件，最小壁厚t0的计算公式如下：
最小壁厚t0＝r*(Ed/Ep)1/3，其中，r为预应力混凝土管的计算半径，Ed为管芯的弹性模量，Ep为管侧土的综合变形模量；
步骤S440，确定壁厚：如果管芯的壁厚通过刚性验证，则选定管芯的壁厚；如果未通过验证，则重新选择管芯的壁厚，并进行刚性验证，直至通过刚性验证；
步骤S450，保护层4拉应力获取：获取保护层4的截面外缘最大拉应力σ；
步骤S460，保护层4拉应力验证：验证保护层4的截面外缘最大拉应力σ不超过高延性材料的抗拉强度标准值σ0，高延性材料的抗拉强度标准值σ0的计算公式如下：
σ0＝αm*εmt*Em，其中，αm—保护层4的应变参数；εmt—保护层4相应于抗拉强度的应变量；Em—高延性材料的弹性模量。
在该可选方案中，在步骤S410中，采用纤维增强复合筋作为预应力筋层3的材料，其中，纤维增强复合筋是采用纤维增强复合材料做成的预应力筋，且通过将预应力筋层3的预定缠丝应力配置为纤维增强复合筋的许用应力的60-65％，不仅能够确保预应力筋层3提供足够的预应力以满足抵抗内压的需求，而且可以避免纤维增强复合筋的预应力过大导致寿命缩短。
具体而言，纤维增强复合筋是碳纤维、玄武岩纤维等通过基地材料(如环氧树脂、聚乙烯树脂、聚酚酞树脂等)浸渍之后，用特制模具对其进行热塑挤压和拉拔而成型的复合筋，具有强度高以及耐腐蚀性能强的优点，电磁绝缘性、抗疲劳性能以及可设计性好。
本实施例的可选方案中，将高性能混凝土配置为包括以下重量的各组分：水泥500-700份、粉煤灰150-240份、矿粉30-100份、中砂500-700份、连续碎石650-850份、外加剂15-25份、水140-180份以及组合纤维3-10份，从而能够使得高性能混凝土的抗拉强度标准值不小于5MPa，且抗拉应变不小于1400*10-6。
与本申请中的高性能混凝土形成对比的是，传统的PCCP的管芯结构的抗拉强度标准值仅能达到2.64-2.85MPa。
其中，高性能混凝土的水泥的份数例如为500、550、600、650或700份，粉煤灰的份数例如为150、180、200或240份，矿粉的份数例如为30、50、80或者100份，中砂的份数例如为500、550、600、650或700份，连续碎石的份数例如为650、700、750、800或250份，外加剂的份数例如为15、18、22或25份、水的份数例如为140、150、160、170或180份，组合纤维的份数例如为3、5、8或10份。
本实施例的可选方案中，将高延性材料配置为包括以下重量的各组分：水泥350-500份、粉煤灰350-500份、矿粉50-150份、中砂1000-1200份、外加剂15-25份以及组合纤维15-30份，从而能够使得高延性材料的抗压强度不低于45MPa，抗拉强度不低于6MPa，抗拉应变不小于2200*10-6，且密实度达到确保保护层4的吸水率不超过3％的水平。
其中，高延性材料的水泥的份数例如为350、400、450或500份，粉煤灰的份数例如为350、400、450或500份，矿粉的份数例如为50、80、120或150份，中砂的份数例如为1000、1050、1100、1150或1200份，外加剂的份数例如为15、18、22或25份，组合纤维的份数例如为15、20、25或30份。
本实施例的可选方案中，将组合纤维配置为由多种长度的短切增强纤维混合而成，从而能够更好地增强高性能混凝土和高延性材料的形变能力。
进一步地，将组合纤维配置为由6mm、12mm或18mm中至少两种长度的短切增强纤维混合而成。
对比例
常规DN2600规格的传统PCCP管道壁厚为215mm，保护层4厚度为35mm，每延米重量约为4.99吨。
而采用本申请的预应力混凝土管设计方法所设计的薄壳的DN2600规格的PCCP，将高性能混凝土配置为包括以下重量的各组分：水泥650份、粉煤灰190份、矿粉40份、中砂650份、碎石750份、外加剂20份、6mm长的聚乙烯醇增强纤维1份、12mm长的聚乙烯醇增强纤维2份以及18mm长的聚乙烯醇增强纤维2份。
经检测确定，高性能混凝土的抗压强度为105.1MPa，抗压强度4.9MPa，抗拉应变1421*10-6。
将高延性砂浆配置为包括以下重量的各组分：水泥410份、粉煤灰420份、矿粉100份、中砂1100份、外加剂20份、6mm长的聚乙烯醇增强纤维5份、12mm长的聚乙烯醇增强纤维10份以及18mm长的聚乙烯醇增强纤维10份以及水231份。
经检测确定，高延性混凝土的抗压强度为60.5MPa，抗拉强度为6.3MPa，抗拉应变2386*10-6，吸水率2.1％。
从而预应力混凝土管的壁厚为115mm，保护层4厚度为35mm，每延米重量3.24吨，相较于同规格的传统PCCP管道自重降低了35.1％。
本申请的第二方面提供了一种预应力混凝土管，该预应力混凝土管由第一方面提供的预应力混凝土管的设计方法设计而成，第一方面所公开的预应力混凝土管的设计方法的技术特征也适用于该第二方面提供的预应力混凝土管，实施例一已公开的预应力混凝土管的设计方法的技术特征不再重复描述。
该第二方面提供的预应力混凝土管的具有第一方面提供的预应力混凝土管的优点，第一方面提供的预应力混凝土管的优点在此不再重复描述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
Claims (9)
1.一种预应力混凝土管的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
将预应力混凝土管配置为包括管芯、预应力筋层和保护层，所述管芯包括管芯本体和预制于所述管芯本体内部的钢筒，所述预应力筋层以预定缠丝应力缠绕于所述管芯的外周，所述保护层包覆于所述预应力筋层和所述管芯的外周；
将所述管芯本体的材质配置为高性能混凝土，将所述保护层的材质配置为高延性材料；
将所述管芯的壁厚配置为小于所述预应力混凝土管的外径的1/16；
所述将所述管芯的壁厚配置为小于所述预应力混凝土管的外径的1/16的步骤具体包括以下步骤：
选择壁厚：在小于所述预应力混凝土管的外径的1/16的范围内选择所述管芯的壁厚；
刚性验证：验证所述管芯的壁厚是否满足不小于最小壁厚t0的条件，所述最小壁厚t0的计算公式如下：
所述最小壁厚t0＝r*(Ed/Ep)1/3，其中，r为预应力混凝土管的计算半径，Ed为所述管芯的弹性模量，Ep为管侧土的综合变形模量；
确定壁厚：如果所述管芯的壁厚通过刚性验证，则选定所述管芯的壁厚；如果未通过验证，则重新选择所述管芯的壁厚，并进行刚性验证，直至通过刚性验证。
2.根据权利要求1所述的预应力混凝土管的设计方法，其特征在于，将所述管芯的壁厚配置为所述预应力混凝土管的外径的1/22-1/20。
3.根据权利要求1所述的预应力混凝土管的设计方法，其特征在于，还包括以下步骤：
将所述预应力筋层配置为由在所述管芯的外周缠绕预应力钢丝或钢绞丝而形成，相应地，将所述预应力筋层的预定缠丝应力配置为所述预应力钢丝的屈服强度或者所述钢绞丝的屈服强度的70-75％。
4.根据权利要求1所述的预应力混凝土管的设计方法，其特征在于，还包括以下步骤：
将所述预应力筋层配置为由在所述管芯的外周缠绕纤维增强复合筋而形成，将所述预应力筋层的预定缠丝应力配置为所述纤维增强复合筋的许用应力的60-65％。
5.根据权利要求1所述的预应力混凝土管的设计方法，其特征在于，还包括以下步骤：
保护层拉应力获取：获取所述保护层的截面外缘最大拉应力σ；
保护层拉应力验证：验证所述保护层的截面外缘最大拉应力σ不超过所述高延性材料的抗拉强度标准值σ0，所述高延性材料的抗拉强度标准值σ0的计算公式如下：
σ0＝αm*εmt*Em，其中，αm—所述保护层的应变参数；εmt—所述保护层相应于抗拉强度的应变量；Em—高延性材料的弹性模量。
6.根据权利要求1所述的预应力混凝土管的设计方法，其特征在于，将所述高性能混凝土配置为包括以下重量的各组分：水泥500-700份、粉煤灰150-240份、矿粉30-100份、中砂500-700份、连续碎石650-850份、外加剂15-25份、水140-180份以及组合纤维3-10份；
将所述高延性材料配置为包括以下重量的各组分：水泥350-500份、粉煤灰350-500份、矿粉50-150份、中砂1000-1200份、外加剂15-25份以及组合纤维15-30份。
7.根据权利要求6所述的预应力混凝土管的设计方法，其特征在于，将所述组合纤维配置为由多种长度的短切增强纤维混合而成。
8.根据权利要求7所述的预应力混凝土管的设计方法，其特征在于，将所述组合纤维配置为由6mm、12mm或18mm中至少两种长度的短切增强纤维混合而成。
9.一种预应力混凝土管，其特征在于，根据权利要求1至8中任一项所述的预应力混凝土管的设计方法设计而成。
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