城市直埋式供热管道固定墩的结构设计浅析
直埋热力管道设计理论浅析
直埋热力管道设计理论浅析摘要：根据直埋热水管道和直埋蒸汽管道的不同特性，介绍了两种管道的应力验算及强度计算，并对两种直埋热力管道的敷设方式和保温结构进行了分析比较。
关键词：直埋热水管道；直埋蒸汽管道；应力计算；保温结构1、概述国内外热力管道直埋技术的发展已经有 60 多年的历史。
随着高分子有机材料的发展，20 世纪 50年代初，国外开始研制预制保温管，采用聚氨酯泡沫塑料作保温材料，以高密度聚乙烯作为保温管的外壳。
由于这种保温管具有较好的防水性，因而可用于地下水位高、土壤潮湿的地区。
国内在 20 世纪 50 年代曾经采用浇灌泡沫混凝土的管道直埋敷设方式，20 世纪 70 年代采用沥青珍珠岩保温的热力管道直埋敷设技术。
1977 年对用沥青珍珠岩保温的直埋热力管道进行了无补偿直埋敷设实验。
20世纪 80 年代出现了两种新型的预制保温管：一种是保温结构为氰聚塑形式的预制保温管，一种是管中管形式的预制保温管。
目前这两种形式的预制保温管已大量生产，并广泛应用于城市供热管网及工矿企业。
近年来采用复合保温管结构的直埋热力管道也得到越来越广泛的应用。
随着我国“热电联产”的迅速发展，热力管道敷设方式有了重大变革，目前对150℃以下的热水管道，几乎全部实现直埋敷设，经过多年的研究开发和实际应用，技术已比较成熟和配套，并已有相应的技术规程做指导。
蒸汽管道直埋敷设近年来也得到了长足的发展。
经过多年的探索，现已出现理想的预制直埋式耐高温复合保温管，并探索出一整套科学的、实用的蒸汽管道直埋敷设设计方法和节点处理技术措施。
直埋热水管道和直埋蒸汽管道在设计、施工要求上均有很大不同。
本文从两种管道的应力验算、保温结构等方面进行分析和比较。
2、应力验算直埋热水管道和直埋蒸汽管道的应力验算均采用应力分类法［1］。
应力分类法的主要特点是将管道上的应力分为一次应力、二次应力和峰值应力三类，并采用相应的应力验算条件。
管道由内压和持续外载产生的应力属于一次应力，它是为了满足静力平衡条件而产生的。
直埋供热管道设计浅析
Technology Forum︱444︱华东科技直埋供热管道设计浅析直埋供热管道设计浅析 徐成军 储进昌 范坤良（中国核电工程有限公司郑州分公司，河南 郑州 450052）【摘 要】本文简要介绍了直埋供热管道设计的基本方法，针对管道设计中的应力验算、热伸长量计算等难点进行了分析，为设计者提供了一些参考的措施和建议。
【关键词】直埋；供热；管道；验算城镇热力管网有架空敷设、管沟敷设、直埋敷设等多种敷设方式，其中直埋敷设具有基建工程少、建设周期短、投资省、对建筑物及交通影响小等诸多优点，在我国城镇热力管网工程中得到了普遍使用，是城镇热水供热系统优先采用的管道敷设方式。
1 确定敷设方案根据设计输入资料及现场踏勘结果，选择最经济合理的管道布置路径和安装方式。
热力管道布置的总体原则应该是技术可靠、经济合理和施工维修方便，综合考虑供热区域的城市规划、热源位置、热负荷分布以及道路交通、建筑物、水文地质等多方面因素。
直埋供热应采用工作管、保温管、外护管为一体的工厂预制管道，保温层厚度应满足设计规定，运行时管道外护管表面温度应小于50°。
直埋供热管道与其他设施的净距、最小覆土深度及其他敷设要求应符合城镇供热直埋热水管道技术规程CJJT81-2013的规定，同时需要根据管道布置的相关参数对管道进行应力验算。
2 管道的应力验算直埋供热管道在运行过程中受热应力及土壤作用力的影响，可能发生强度破坏和丧失稳定性等破坏方式，因此必须对管道进行应力验算以保证管道的运行安全。
2.1 工作管直管段的应力验算根据规程，管道的应力验算采用应力分类法，相关计算参数按规程规定取值。
现行规程根据安定性分析原理，对工作管直管段进行应力验算，公式如下：（1）（2）式中：σj—内压、热胀应力的当量应力变化范围(MPa)；v—钢材的泊松系数，取0.3；σt—管道内压引起的环向应力(MPa)；α—钢材的线膨胀系数[m/(m·℃)]；E—钢材的弹性模量(MPa)；t1—管道工作循环最高温度(℃)；t2—管道工作循环最低温度(℃)；[σ]—钢材的许用应力(MPa)；L—设计布置的过渡段长度(m)；A—工作管管壁的横截面积(m2)；F max—单位长度最大摩擦力(N)。
城市供热管道直埋固定墩设计初探
城市供热管道直埋固定墩设计初探高亮房永岩吴继昌（沈阳市热力工程设计研究院，辽宁沈阳 110014）摘要：本文介绍了城市供热管道直埋固定墩的样式及计算方法，分析了直埋固定墩的受力情况，并对特殊环境下固定墩的设计及选择进行了一些探讨。
关键词：固定墩；受力；样式。
Preliminary Study for The Design of Fixed Buttressof The City Heat-Supply PipelineGao Liang Fang Yongyan Wu Jichang(Shenyang Thermol Design Institute,Shenyang110014,China) Abstract:The article introduces the pattern and the calculation method of the fixed buttress.Analysis is made for the condition of the stress of the pipeline fixed buttress and carried out the discussion to its design method. Key words:fixed buttress;stress;pattren.0 引言管道支墩是管道的支撑结构，根据管道的运行性能和布置来确定管道支墩的位置，管道有地面敷设和地下敷设，管道支墩也分地上和地下两种，设计原理基本相同。
通过近几年在我国大面积应用实践，在热力工程中，直埋已成为最普遍采用的敷设方式。
供热管道直埋技术具有热损耗低、能耗低、工程造价低、防腐绝缘性好、使用寿命长、占地少、施工快等方面的优点，产生了可观的的社会效益与经济效益，然而直埋敷设方式的推力较大(尤其是大直径管)，固定墩的体积较大，相应的也带来了占地大，一次性浇筑困难(固定墩原则上不允许留施工缝)等问题。
直埋热网管道固定支墩设计分析
直埋热网管道固定支墩设计分析摘要：热电厂热网管道及城市集中供热管道常采用直埋方式敷设，但对直埋管道固定支墩设计分析的相关理论及处理方法并不完善，本文在工程实践基础上，对固定支墩尺寸设计、样式、配筋计算进行了分析总结，为类似设计提供参考。
关键词：供热管道；固定支墩；土压力；设计引言目前，随着我国热电厂的建设和北方地区城市集中供热的发展，热力管道敷设越来越广泛。
管道敷设方式主要为架空、地沟和直埋。
架空方式不但占据地下空间，而且需要地上空间，影响美观，在地上空间有限的厂区及城市很受限制。
地沟敷设方式需要年年进行维修，供热成本较高，同时接缝多，热损失大，能源浪费严重，施工周期长，对城市交通影响大，工程造价高等问题。
经过近年来的应用证明，供热管道直埋敷设具有良好的社会效益和经济效益，优点如下：工程造价低；热损失小，节约能源；防腐、绝缘性能好、使用寿命长；占地少、施工快、有利于环境保护和减少施工扰民。
因此，直埋方式已成为供热管道最普遍采用的敷设方式。
同架空敷设、地沟敷设供热管道一样，直埋供热管道上设置固定支墩，其目的同样是限制管道轴向位移。
固定支墩一般为钢筋混凝土结构。
1 固定支墩形状及间距固定支墩形状通常采用长方体、倒“T”形体、箱式等，其中长方体、倒“T”形体固定支墩应用较多，箱式固定支墩和管道阀门小室、补偿小室、泄水排气小室等合用，以降低土建造价。
为了节约投资，固定支墩间距应尽可能的大，同时固定支墩间距必须满足下列条件：管道的热伸长量不得超过补偿器所允许的补偿量；管道因膨胀和其他作用而产生的推力，不得超过支墩所能承受的允许推力。
2 固定支墩设计2.1 固定支墩受力荷载固定支墩主要承受管道的热膨胀冷缩约束力、内压不平衡力和活动段位移产生的作用力，同时作用于固定支墩上的外力还有主动土压力、被动土压力、支墩与土的摩擦力。
垂直外力有管道自重及管道内介质的重量、支墩及支墩上的土重量。
土压力可按朗肯土压力理论计算。
浅谈供热管网直埋敷设固定敦的设计与施工
浅谈供热管网直埋敷设固定敦的设计与施工摘要：当前，城市供热管网中的直埋敷设方式已经成为供热管道敷设的一种主要敷设方式。
在许多城区的集中供热管网布局中，直埋敷设的供热区域也逐渐扩展。
在这种情况下，城市热力管网对直埋管道的受力设计也相应的不断增加了要求。
供热管网直埋敷设固定墩的设计是否合理，在一定程度上将直接影响到工程造价和安全运行。
本文从供热管网直埋敷设的概念和发展现状出发，深刻分析了固定墩的受力状态和施工设计。
关键词：供热管网直埋敷设固定墩施工设计一、供热管网直埋敷设的相关概念供热管网敷设方式分为直埋敷设、地沟敷设和架空敷设这三种敷设方式。
直埋敷设与其他两种敷设方式相比，其具有对周围环境的影响和供热损失较小，施工周期相对较短、占地少、使用寿命长等优点。
因此，直埋敷设在城市供热领域的应用比较广泛。
总的来说，直埋敷设保温管所用的材料一般分为以下两种，一种是氰聚塑直埋保温管，这种保温管的保温层耐温最高可以达到120 ℃，采用高温聚氨酯保温层可耐温150 ℃，这种直埋保温管制作工艺较简单，价格较低，且接头现场处理较为容易。
另一种是直埋式预制保温管，这种保温管的性能相对于氰聚塑直埋保温管来说更好，但其价格也相对较高。
这种直埋式预制保温管的接头处需进行热熔焊、塑料焊，并需进行热塑带缠绕加强，因此施工难度比较大。
二、直埋敷设的发展现状随着社会经济的不断发展，城市集中供热已经成为城市供热的总体趋势，集中供热在其使用效果上也体现出了巨大的社会效益和经济效益，同时也极大的方便了居民的生活。
我国的供热管道直埋技术最早是从20世纪80年代起步，随后在2000年中华人民共和国建设部发布了《高密度聚乙烯外护管聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管》（CJ/T114-2000）以及2001年的《高密度聚乙烯外护管聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管件》（CJ/T155-2001）的行业标准。
1998年，中华人民共和国行业标准《城镇直埋供热管道工技术规程》（CJJ/T81-98）的颁布和实施，从这以后，我国供热管道直埋技术逐渐走向制度化和规范化。
浅谈城市直埋供热管道固定墩推力计算方法
是直管段强度验算的重点。A1A1 面管道施加给固定墩的轴向
力 P1=Na1=[αE(t1-t0)-νσt]A×106=17483kN
（3）
1.4 A2A2 面管道施加给固定墩的受力 P2
L2 段处的固定墩处于完全锚固段，其受到的主动力包括
热膨胀力和泊松力，因此，段的热膨胀被完全压缩。此时，
直埋供热管道的轴向内力等于主动力减去内压不平衡力。L2 段处的固定墩处于锚固段，合成推力时，此侧推力乘以 0.9
的安全系数。
P2=0.9Na2-Fn
=[αE(t1-t0)-νσt]A×106-PnA0=15634kN 1.5 主动土压力 Pa 和被动土压力 Pp
（4）
在施工时，虽然要对固定墩的土壤夯实，但是，土壤也
不是理想的刚性体，所以在热力管道实际运行时，固定墩存
在实际微量位移。在热力管道的运行过程中，随着温度的升
（1）
为计算固定墩处于锚固段还是过渡段，需要计算过渡段
最大长度：
( ) Lmax =
α E (t1 − t0 ) −νσ t
Fmin
Aax=586m，可知 L1 ＞ L2 ＞ Lmax。因此，固定墩
处于锚固段，管道热伸长完全受阻，热膨胀力完全转化为管
道内力。此时，是管道中内力、轴向应力最大的直线管段，
图 1 直埋管道固定墩受力模型 1.2 固定墩受力分析
固定墩宽、厚、高分别为 b、d、h，固定墩墩顶覆土高 度为 h1，在供热管道运行过程中，随着管内水温的升高，固 定墩在管道热膨胀力作用下，产生微量轴向位移，管道运行 时，固定墩受力如图 2 所示。
直埋供热管道的轴向力有主动轴向力和被动轴向力，主 动轴向力包括热膨胀力和泊松力，被动轴向力有土壤摩擦力、 补偿器位移阻力、主动土压力和被动土压力。固定墩在管道 运行过程中受力俯视图如图 3 所示。
城市供热管网固定墩受力状态及其直埋敷设设计探讨
137中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2019.06 （下）冬天来临后，越来越多的城市都开始采用供暖的方式度过寒冷的冬天。
城市集中供暖不仅能够度过寒冷的冬季，还能够促进能源的节约高效消耗，推动和保障城市供暖热系统的稳定和安全。
随着城市化进程的不断发展，现在人们对供暖系统的需求也越来越大，为了更好地为人民服务，保障能源的节约高效利用，推动城市供热管网系统的安全稳定，本文对城市供热管网固定墩的受力状态及其直埋敷设设计进行了分析研究。
1 城市供热管网的直埋敷设城市的供热系统具有降低能源消耗、废弃排放、减少对空气的污染等优点。
城市集中供暖与原来的家庭烧煤用碳等增暖方式相比具有很多优点，集中供暖能够从锅炉的烟囱设计等方面入手尽最大可能将资源充分利用，提供能源的燃烧利用率，使能源能够高效利用，从而有效地减少环境污染、能源浪费的问题。
本次分析的是城市供热管网的直埋敷设。
地下敷设长输供热管线的方式，是当前阶段最为常见、应用范围最广泛的方式。
其中直埋的敷设方式，需要采取一系列措施保障长输供热管线的防腐性和防水性等。
直埋敷设是一种城市供热管网的固定设计，这种方式主要是利用固定墩实现，所以最重要的就是要对固定墩设置，然后将固定墩之间的距离计算出来。
另外，直埋式的供热管道所使用的抵偿功能，需要对两个固定点之间的管道热伸长量有效满足。
所以在对城市供热管网进行直埋敷设时需要进行核算，不断优化城市供热管网的直埋敷设。
城市供热管网固定墩受力状态及其直埋敷设设计探讨孙哲（天津市热电有限公司，天津 300161）摘要：我国冬季相对比较漫长，且北方普遍在冬季都处在一个非常寒冷的天气里，这时候解决问题的一个常见的方法就是供暖。
本文主要从城市供热管网固定墩的受力状态入手分析研究固定墩的优化支墩设计及其直埋敷设设计。
关键词：供热直埋管网；供热管道；固定墩中图分类号：TU995.3 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2019）06（下）-0137-02在采用直埋敷设时最好采用聚氨酯夹克、氰聚塑起到保温和防腐的作用的材料。
直埋热力管道板肋型固定支墩的优化设计
直埋热力管道板肋型固定支墩的优化设计石家庄市热力煤气规化设计院王希杰目前我国城市集中供热工程大多采用直埋供热管网，这是由市容美化要求所决定的。
城区内的直埋供热管网由于场地和外界条件的限制，管网的固定支墩有时承受管道的推力又是很大的，如何经济合理的设计好固定支墩，是当前的重要研究课题。
要搞好固定支墩的设计，首先要解决的问题是依靠什么来保持支墩的稳定，其次是支墩采用何种科学合理的结构型式。
我院自八十年代中期承担石家庄市集中供热工程以来，不断探索，最终搞出了板肋型固定支墩，并在市内普遍采用，经十几年管网运行实践证明，板肋型固定支墩具有投资最省、便于施工，受力性能良好的特点，从未发生任何事故，是最佳的固定支墩型式，应予大力推广。
现将我们的设计方法介绍于后，供同志们参考。
板肋型固定支墩是一种轻型板肋结构，它由挡板墙、肋墙、底板和脚梁四部分组成。
其受力稳定原理，主要是依靠支墩底板以上回填土重来抗衡固定支墩所承受的管道推力。
两道肋墙既是挡板墙的两侧支点，又是底板的纵肋。
底板两端的脚梁和中间的挡板墙三者构成了底板的横肋，因此支墩底板可以做得很薄，从而使支墩工程量大大减少。
挡板墙是直接承受管道推力的重要构件，它生根于底板之上，两端又固接在肋墙上，是一个三边固接一边悬臂的板，具有很大的承受外力的性能，因此其截面、配筋都很小。
脚梁是固定支墩的抗滑、抗倾覆构件，它是以两肋墙作支点的一跨两端带悬臂的梁，也是最经济合理的构件。
由于板肋型固定支墩的构件布局科学合理、相互支撑，因此造就其成为轻型板肋结构，它是工程量小、配筋少、投资省的最佳的固定支墩。
一、设计数据取值地基允许承载力[f]=130KPa基础边缘允许最大压应力≤1.2[f]底板以上基础及回填土平均容重r=19KN／m3基础稳定安全系数K=1.8基础适宜长宽比A／B=1.0～1.2管顶最小覆土厚度1m基底埋深h0=1.5～2.5m管中距底板顶面高度H1=0.4～0.5m。
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城市直埋式供热管道固定墩的结构设计浅析
1、城镇供热管道设计
1.1直埋供热管道的应力
无论多大的直径埋管道,管道内部压力产生的压力主要是管介质和管道轴向摩擦当土壤的轴向位移,和管土的侧向位移横向压缩反应。
压力产生的内部压力和土壤侧向压缩反应引起的二次应力计算方法根据现有“城”的直埋供热管道工程技术规范(CJJ / t81 - 98)计算,但现有的土压力引起的轴向摩擦“纪律”忽略管道本身重量的影响,这在小直接埋管道强度计算是没有问题,但是对于大直埋管道由于管道本身自重大,当发生管道轴向位移时,由自重产生的管道和土壤之间的摩擦不应被忽视。
1.2过渡段长度计算
当补偿装置的两端直接管间距大于过渡段的长度限制(最大长度的摩擦)两次,可以形成两个(自然)锚点之间的无偿部分(自然锚固段);当补偿设备间距小于或等于两次过渡段的长度,由一个静止的点分为两个过渡段(补偿)。
没有补偿直埋敷设方式冷安装条件:
根据弹性理论分析(1.35σeq[美国])或更低,只要温差不大于弹性安装温差,直管道直埋敷设方式不允许安装补偿器和无偿,管道在弹性状态下运行。
换句话说,当安装一个温差大于弹性温差,直部分中不允许存在锚定,必须安装补偿器,设置补偿器的最大间距是管存在过渡段的锚固长度的两倍。
过渡段长度可以根据现有的停滞时期在单轴应力和摩擦。
弹性温度(58.0 ~ 67.4℃)和管道工作压力(1.0 ~ 2.5 Mpa),公称直径(dn40 - 1000)。
采暖管道安装温度计算在10℃,供水温度的设计一般都大于80℃,温度低于80℃,因此,无论第二网络,直接埋管供水管道必须安装补偿装置、回水管可以考虑无偿。
根据弹塑性理论分析(σeq 3(σ)或更少),等效应力小于屈服极限的两倍,引入安全系数后,取而代之的是容许应力的3倍。
基于弹性稳定性分析的温度(121.0 ~ 149.3℃)也增加了许多,这样,即使水温高达140℃,采用直线冷段和安装没有补偿直埋敷设方式。
然而,由于高应力检查值,需要三通,弯头等应力集中在本地配件在必要的加强措施。
基于弹塑性理论分析,类似于弹性理论,在安装温
差大于弹性温差,直部分中不允许存在锚定,必须安装补偿器。
事实上,对于130℃和1.6 MPa埋管是允许锚定的存在。
根据稳定性分析方法,在计算热伸长时必须首先确定管道的屈服温度,当安装一个温差小于屈服温度,计算伸长弹性分析方法;安装温差大于收益时的温差和温度差异小于弹性,管允许进入屈服阶段,仍然需要知道过渡段长度计算伸长。
过渡段长度是确定管道的锚定边界。
在安装长度小于过渡段时,甚至比收益率温度,计算伸长弹性部分;在安装过渡段长度大于部分的锚固长度大于过渡段状态(收益率),其余产生塑性变形。
因为塑性变形的变化,再次在管线在温度循环的过程中存在一定的预应力,管道此后不再进入屈服,这时间会减少一定长度伸长(由于收益率的压缩量)。
同样的,当安装一个温差大于弹性温差,管是不允许进入锚定状态。
安装管长度应小于过渡段长度的锚定。
1.3固定支架的设置原则
直管结束时(正常)补偿器或弯曲补偿,在直管不是固定的码头,结束补偿器,弥补弯管,当补偿器弯管摩擦比流体作用于内部压力推力(盲板力)是不固定墩,否则应该设置定点固定墩。
2、施工方法
2.1安装
供热管道的热应力将发生膨胀变形和释放,但这种方式并不是消除压力的释放,因此,必要时需要考虑安装方式释放管道的热应力,它可以通过安装调整,首先,扩张变形的变化,通过这种规模的变化释放的热应力和变形,相应的调整的压力。
美惠三女神,零应力与变形和温度有关,温度增加的零应力状态下将直接减少对变形的影响。
2.1.1无偿冷安装
冷没有补偿在加热管道回填经常遇到安装问题,预应力无偿处理,管道通常出现在温度变化是保持锚固形式。
这是一种最经济和简单的安装,但其将承担很多管道应,这是不可避免的。
因此,以这种方式安装管道强度的前提条件可以满足。
2.1.2补偿的方式安装
补偿是通过所谓的弯曲补偿器等设备的不利影响管道的变形和应力进行补。