预应力钢筒混凝土管(PCCP)是我国上世纪八十年代末引进的一种新型管材,作为一种典型的复合型管材,其具有严谨的结构特点和优异的工作性能,广泛应用于市政、电力、水利等工程领域。目前,我国还没有完善的PCCP管道设计分析方法,对PCCP的结构设计研究还处于初步发展阶段,对PCCP的数值研究则刚刚起步。本文结合“南水北调工程若干关键技术研究与应用”国家科技支撑项目《超大口径PCCP管道结构安全与质量控制研究》和南水北调中线京石段PCCP工程实际应用,对超大口径PCCP管的设计分析理论进行了研究探讨。介绍了地下埋管主要荷载的计算方法和计算公式,系统总结论述了PCCP管的结构设计计算方法,阐述了PCCP结构设计计算原理与理论要点。通过分析提出了结构分析方法中关键参数的取值方法和取值范围,并在此基础上编制了PCCP管结构分析程序,结合南水北调京石段PCCP工程的设计实例进行了结构分析。在结构分析的基础上,采用有限元法建立了考虑管土相互作用的PCCP管线弹性有限元平面应变模型,研究分析了PCCP在正常运行条件下的结构受力特点。得出了PCCP在正常运行的各主要荷载作用下的应力分布和变化规律。根据PCCP结构设计计算模型,建立了PCCP结构计算的有限元分析模型,模拟正常运行条件下PCCP受力过程,采用Olander分布系数法施加各项主要外荷载,分析研究了各项荷载对管体应力的影响,分析结果表明采用Olander系数加载的结构计算模型与线弹性模型计算结果基本吻合,论证了结构计算模型的准确性和合理性。模拟PCCP从制造、施工、运行整个过程的受力情况,建立了PCCP三维非线性有限元仿真模型,分析研究了PCCP在内压超载直至发生破坏的条件下管体的变形、和应力的变化和分布情况,得出了PCCP的变形规律和在超载情况下应力的变化和分布规律,得到了PCCP在超载情况下的破坏模式。