埋地钢管结构计算
给水排水工程埋地承插式柔性接口钢管管道施工技术
给水排水工程埋地承插式柔性接口钢管管道施工技术（一）构造要求1、管道（1）钢管管道的设计厚度，应根据计算需要的厚度另加构造厚度，构造厚度不应小于2mm。
（2）钢管扩胀后承插口部位管壁厚度不应影响管壁受力要求。
（3）钢管制作的椭圆度不得大于0.01D1；在管节的安装端部不得大于0.005D1；承、插口不大于0.003D1，并应满足承插接口的间隙要求。
（4）扩胀承插口表面应光滑，不得有裂纹、褶皱及豁口等缺陷。
（5）承插式柔性接口钢管的长度应根据管线的土质和施工运输条件确定。
钢管的定尺长度宜为6m或12m，其全长偏差为±20mm，非定尺管长度及公差应由供需双方协商确定。
（6）对于柔性接口连接的管道，采用接口转角改变管道敷设方向时，单个接口可用转角值不得大于接口允许转角的1/2。
（7）承插式钢管管道上有闸阀、流量计等管件需法兰连接时，或者承插式钢管需要与其他类型的管道连接时，承插式钢管可一端制作成承口或插口，另一端焊法兰盘。
法兰盘按现行国家标准《板式平焊钢制管法兰》GB/T9119的平面、突面板式平焊钢制法兰和《钢制管法兰技术条件》GB/T9124的钢制管法兰的有关规定执行。
（8）管道防腐应根据管道的使用年限、环境、使用介质条件做好设计。
（9）钢管采用阴极保护时，应将导线在钢管接口的承口与插口采用铝热焊跨接，以保证钢管接口导电的连续性，并应满足现行国家标准《埋地钢质管道阴级保护技术规范》GB/T21448的有关要求。
（10）承插式涂层钢管上应有清晰、耐久性标志。
标志内容至少应包括生产企业名称（或代号）、钢管公称外径、壁厚、材质、长度、执行标准、管号、生产年月等，在插口部位应标记插入深度的标识。
2、沟槽（1）沟槽形式应根据施工地段的土质、地下水位、管道直径、埋设深度、施工季节及地面构筑物状况等进行选择。
（2）管线穿越河道时，其埋深应同时满足相应防洪标准的冲刷深度和规定疏浚深度，并预留安全埋深。
（3）管顶覆土厚度应满足下列条件：①管顶覆土厚度不宜小于0.70m；②道路下铺设的管道覆土厚度不宜小于1.0m；当覆土厚度小于1.0m时，在管顶覆土时应采取荷载分散的结构加强措施或加固管道；③管顶应在冰冻线以下，当无法实现时，应有可靠的防冻保护措施；④覆土厚度应保证管道放空时在地下水位最高的情况下不发生漂浮。
埋地钢管结构计算
3)计算系数
rG1 1.2 包角 90 DL 1.25 n 2 rG,sv 1.27 kgm 0.102 η 0.9 Kst 2 rGw 1.2 kvm 0.157 γ 0 1 Kf 1.1 rGs 1.27 kwm 0.102 ψ 0.85 DL 1.5 Rq 1.4 kb 0.096 ψc 0.9
3
Br/d1 5.46 ν p 0.3
rs(kN/m ) rst(kN/m ) 19 78.5
ξ 1.02 ν s 0.4
Ed(kN/m2) 3.06E+03
2)几何参数
a(m) 0.2 D1(m) 1.832 b(m) 0.6 D0(m) 1.816 b0(m) 1 r0(m) 0.908 t(m) 0.016 r1(m) 0.916 D(m) 1.8 t0(m) 0.014 设计地面高程(m) 管中心高程(m) 18.61 管顶高程(m) 15.076 Ip(m4) 0.001167 14.16 Hs(m) 设计外水位(m) 3.534 15.28
OK！！！
4.稳定验算
工况1地面汽车荷载(kN/m2) 工况2地面堆积荷载(kN/m2) Fcr,k(kN/m )
2
( G1k gmG1k G , sv kvm Fsv , k Gw kwmGwk Qc kvmqik D1 )r0b0 E r 1 0.732 d ( 0 )3 E p t0 N c Q Fwd , k r0b0 N 6M x p c QEp T b0t0 b0t0 2 M
242.54 254.29 673.93
OK！！！ OK！！！
f
0 f
2
Fcr, k Kst (Fsv , k / D1 qik Fvk )
预埋地脚螺栓埋地深度计算规范及方法
桅式结构-桅式结构桅式结构-正文由一根下端为铰接或刚接的竖立细长杆身桅杆和若干层纤绳所组成的构筑物，纤绳拉住杆身使其保持直立和稳定（图1）。
桅式结构构造桅式结构由纤绳、杆身和基础组成。
纤绳纤绳层数一般随桅杆高度增大而加多，纤绳结点间距以使杆身长细比等于80～100左右为宜,可等距或不等距布置。
不等距布置时，宜从下到上逐层加大间距，使杆身各层应力大致相等，结构较为经济。
一般每层按等交角布置三根或四根纤绳，其倾角为30°～60°，以45°较好。
同一立面内所有纤绳可相互平行，每根纤绳有一地锚基础；或交于一点，共用一地锚基础。
纤绳常用高强镀锌钢丝绳，用花篮螺丝预加应力，以增强桅杆的刚度和整体稳定性。
杆身按材料可分为钢、木和钢筋混凝土结构。
钢结构杆身常采用单根钢管或组合构件，单根钢管可用无缝钢管或卷板焊接钢管。
组合构件为三边形或四边形空间桁架结构（图2）。
其弦杆和腹杆由角钢、圆钢、钢管或薄壁型钢制成,其中圆形截面风阻较小,采用较多。
对于四边形截面的桅杆要每隔一定高度布置横膈，以防截面变形。
组合构件之间常用焊接以简化构造。
为了便于制造、运输和安装，杆身可划分成若干等长度的标准节段，节段两端用法兰盘或拼接板相互连接。
节段长度根据所用材料、施工和经济条件确定。
木结构杆身采用单根圆木或组合木构件，用拼接钢板连接。
钢筋混凝土结构采用离心式灌筑的预制管柱构件，以法兰盘连接。
桅式结构基础基础分杆身下面的中央基础和固定纤绳的地锚基础。
中央基础为圆的或方的阶梯形基础，承受杆身传来的力。
地锚基础承受纤绳拉力，有重力式、挡土墙式和板式。
重力式地锚依靠结构自重抵抗纤绳拉力，耗用材料较多。
挡土墙式地锚埋入地下，依靠自重、水平板上的土重，以及竖向墙板上的被动土压抵抗纤绳拉力。
板式地锚深埋土中，由与纤绳同向的拉杆和垂直于拉杆的钢筋混凝土板组成，地锚受拉时，板上产生被动土压抵抗纤绳拉力。
这种地锚比较经济。
在岩石地基中，地锚基础做成锚桩形式。
埋地给水钢管道水泥砂浆衬里施工
一、埋地给水钢管道水泥砂浆衬里施工（一）一般规定1、水泥砂浆衬里在现场施工时，应在钢管道铺设完毕、试压合格并按设计要求覆土夯实后进行。
衬里施工过程中，钢管道应处于稳定状态；水泥砂浆衬里在工厂预制时，衬里施工完毕的钢管道在堆放、运输、装卸、安装及回填期间均应保持稳定状态。
2、水泥砂浆衬里在现场施工前应检查钢管道的变形状况，钢管道竖向最大变形值不应大于设计规定值，设计无规定时，钢管道的变形率不应超过2％。
水泥砂浆衬里在工厂预制前，钢管道最大变形值应满足衬里施工工艺要求，保证衬里厚度均匀、密实和粘附牢靠。
3、现场衬里施工前，钢管道内壁应进行清理，并应符合下列规定：（1）对新埋设的钢管道应去除松散的氧化铁皮、浮锈、泥土、油脂、焊渣、污杂物等附着物；（2）对旧钢管道还应去除锈瘤、水垢等附着物；（3）附着物去除后应用水清洗；（4）衬里施工时钢管道内壁不得有结露和积水。
4、工厂预制衬里时，预制前钢管道内壁的除锈方法和除锈等级应满足工厂衬里预制工艺的要求。
5、大口径钢管道衬里施工时可在钢管道内壁设置增强钢筋或钢筋网，增强钢筋或钢筋网的材质应与钢管道相同或相近，钢筋直径或钢筋网厚度不应大于衬里厚度的1/3。
（二）水泥砂浆制备1、水泥砂浆应采用机械混合搅拌，砂浆应在初凝前使用。
2、水泥砂浆重量配比宜为1∶1～1∶2。
水泥砂浆坍落度宜取60mm～80mm，当管道公称直径小于1000mm时，坍落度不宜大于120mm。
3、水泥砂浆的抗压强度不得低于30MPa。
（三）衬里施工及养护1、弯头、三通等管件和邻近阀门管段的衬里等可采用人工涂抹，并应以光滑的渐变段与机械喷涂的衬里相接。
2、在工厂预制的管道和管件衬里宜采用蒸汽养护，养护温度应为57℃～74℃，养护时间不得少于18h。
3、在现场施工的衬里，应采用自然养护。
管段衬里水泥砂浆达到终凝后，应立即进行浇水养护，养护温度不得低于10℃，养护时间不应少于7d；当采用矿渣硅酸盐水泥时，衬里养护时间不应少于14d。
钢管结构计算
稳定安全系数
刚度计算（cm)
强度计算(N/mm^2)
计算值
允许值 计算值
2.1
>2
四、结论
1. 根据以上计算条件及相应 规范得出，该种计算条件下 2. 考虑到管道埋设时间久 远，铺设长度较长，现状管
局部段地下水及杂散电流 的腐蚀，后期管顶堆积及道
对现状管道变形已超规范 要求段须采取更换或加强措
λ
Fcr.k
1 3.596471904
N 322056
бθ
强度验算
2.405E+02
б 189.3894 219.1024
稳定验算
Ep
Ip
206000
18
Ed
Wd.max
5
8.8792
不大于
8.52 12.78
ηбθ 216.4902204
<215
r0б 40.33994459 46.66881263
Kst 34.84152745 >2 31.76529046
之间
水泥砂浆
DL
Kb
1.1 0.103
Kgm 0.134
Kvm 0.189
Fwd.k 1.2
γQ 1.4
Ed 5
r0 213
G1k 0.84003792
qik 0.00353513
r0 213
α 1.20E-05
υs 0.4
Fsv.k 53.22018
γG,sv 1.27
D1 426
Kvm 0.189
r0 213
Fsv.k 53.22018
b0 1000
b0 1000
Ep
T
η
管道土方计算方法
管道埋地土（石）方工程量计算2000《全国统一安装工程预算定额》第六册“工业管道工程”册说明称：“地沟和埋地管道的土石方及砌筑工程执行” 《全国统一建筑工程基础定额》。
地沟土石方工程量计算是一项很复杂的工作，而且按专业分工，是属于土建预算员职责范围，同时，为了缩短本书篇幅，这里仅对管沟的形式及常用有关参数作以介绍外，其他有关详细计算方法，请有兴趣的工业管道预算员同志阅读《建筑工程预算编制入门》一书。
一、 埋地管道的开挖沟槽断面形式，设计人员是根据土质条件、地下水位、埋深、施工季节和施工方法等因素综合确定的， 一般常见管沟断面形式如图6-6示。
依次为直槽、梯形槽、混合槽、联合槽、二、 管道埋地沟槽常用参数1. 沟槽底部工作面宽度，见表6-25所示。
2. 沟壁最大允许坡度，见表6-26所示。
3. 管沟人工挖土底部宽度。
设计无规定时，可见表6-27所示尺寸计算。
4. 管沟回土应减土方量，管径500mm 以下者不扣其所占体积；管径超过500mm 以上时，应按表6-28数值扣除其所占体积。
注：①管道结构宽度：无管座者按管身外皮计；有管座者按管座外皮计 ；砖砌 或混凝土管。
沟按外皮计②沟底需增加排水沟时，工作面宽度可适当增加。
③有外防水的砖沟或混凝土厚时，每侧工作面宽度宜取800mm 。
管道埋地土（石）方工程量计算表6-26 管沟壁坡度系数注：土壤类别划分，详见《全国统一建筑工程基础定额》。
表6-28 各种管道应减土方（m3／m）1. 不放坡不加工作面公式：V=L·B·H2. 不放坡增加工作面公式：V=L·(B+2C)·H3. 放坡并加工作面公式： V=L·(B+2C+KH)·H4. 一侧放坡一侧支挡土板公式：V=L·(B+0.1+1／2KH)·H5. 不放坡两侧支放挡土板公式：V=l·(B+2C+0.1×2)·H 式中V—土方体积(m3)L—管沟图示长度(m)B—管沟图示宽度(m)H—管沟图示深度(m)C—一侧工作面宽度(m)K—放坡系数0.1—挡土板厚度(m)。
埋地钢管管道结构计算及程序设计
埋地钢管管道结构计算及程序设计斯陈东;胡均亮【摘要】埋地钢管广泛用于发电厂的循环水、补给水及一般市政工程的给水排水系统.结构设计时 ,需要进行稳定、刚度和强度计算 ,其目的是根据工作压力、荷载等条件确定钢管壁厚及刚性环的间距、规格.为解决工程中的实际需要 ,在深入分析和掌握相关理论、计算公式、工程设计实际需要的前提下 ,编写了可用于埋地钢管管道结构计算的计算机实用程序.【期刊名称】《工程与建设》【年(卷),期】2015(029)006【总页数】2页(P786-787)【关键词】埋地钢管;计算;程序设计【作者】斯陈东;胡均亮【作者单位】中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司,安徽合肥 230601;中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司,安徽合肥 230601【正文语种】中文【中图分类】TU991.36;TU992.23地下钢管在结构设计中应进行稳定、刚度和强度计算，其目的是根据管道的直径、工作压力、覆土深度和地面活荷载等等条件确定钢管壁厚。
如果需要设置刚性环时，确定刚性环的间距及规格。
在结构设计中，首先根据经验假定管道厚度，在各种荷载工况下分别计算钢管的稳定、刚度和强度。
由于是通过试算法，手工计算工程量大，且结果不准确。
采用VB进行可视化程序设计可以实现以上计算过程[1]。
1.1 稳定验算钢管为薄壁结构，当管壁承受较大的径向压力时很容易散失弹性稳定。
稳定计算可归结为确定一个使管壁失去稳定的临界压力，与外荷载相比较，当临界压力大于外荷载时，管道保持稳定；反之管道失稳[2-4]。
(1)无刚性环时应满足其中：Fcr,k为管壁截面失稳的临界压力标准值；Ep为管材弹性模量；Ed为管侧土的综合变形模量；n为管壁失稳定时的折皱波数；qvk为地面车辆轮压传递到管顶处的竖向压力标准值；Fvk为管内真空压力标准值;vp为管材的泊桑比；vs为管侧回填土的的泊桑比。
(2)有刚性环时[5]应满足1.2 刚度验算地下钢管的刚度计算是复核在外压力作用下其横断面垂直方向的变形值△D是否符合允许值的规定要求[6-8]。
埋地钢管结构计算-2
8无刚性环钢管稳定计算稳定计算满足条件Pk管壁的临界压力（k g/cm2）Kg稳定系数，取q y垂直土荷载，（kg/cm2）q t地面活荷载，（kg/cm2）q g管内真空压力，（kg/cm2）DcδEgμnμor c41.9cml1000mE oηλ管道的平均直径，cm管壁计算厚度，cm管壁材料的弹性模量，kg/cm2管壁材料的波松比回填土的未经扰动时的变形模量kg/cm2Eo值的折减系数，取0.5刚性环的影响系数，取1管道失稳时，管道的波动系数。
查B1管道失稳时管壁产生的波数表得。
回填土的未经扰动时的泊松比确定n的参数平均半径（m）对于平管c/l计算管道长度（m）100δ/c()k g y t gp K q q q≥++()()()()222213111gkc oE n EpD nσηδλμμ-⎛⎫=⨯⨯+⎪--+⎝⎭Δ0.673847cm 0.8D11.25K10.083Wo150kg/cm rc20cm Eg2100000kg/cm2J0.083333cm4Eo20kg/cm2δ1cm管道的允许变形值变形的滞后系数基床系数纵向单位长度的垂线荷载钢管表观半径钢材的弹性模量钢管管壁纵向截面的惯性模量回填土的变形模量管道计算壁厚D1 1.25K10.096Wo220kg/cm rc20cm Eg2100000kg/cm2J0.571583cm4Eo20kg/cm2δ1.9cm K20.157M856.5354kg-cm P0kg/cm2max 1423.605min -1423.6地震演算钢管表观半径钢材的弹性模量钢管管壁纵向截面的惯性模量回填土的变形模量变形的滞后系数基床系数纵向单位长度的垂线荷载σ截面弯矩管道计算壁厚截面弯矩弯矩系数管内水压力vs286m/s a 1.6m2/s E198000T0.35D529δ7ka98155200ρ2000φ0.78539845σ29.488358.132.502.750.000.50Pk 值499.7740.001.902100000.000.302.000.3004.53460640.000.501.00于平管r c /l00δ/r c750050150前轮0.250.2后轮0.50.2。
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203708.74
183.34 OK！！！
M ( G1kgmG1k G,svkvmFsv,k GwkwmGwk Qckvmqik D1)r0b0 1 0.732 Ed ( r0 )3
N c Q Fwd ,k r0b0
Ep t0
x p c QEpT
N b0t0
6M b0t02
qvk
n d Qvk
n 1
(a 1.4z)(nb di 1.4z)
i 1
两量汽-20
Qvk(kN)
μd
z(m)
n(轮个数)
d1(m)
d2(m)
d3(m)
ψq
后轮着地
65
1
3.534
4
1.8
1.3
1.8
0.5
8)地下水浮托力Ffw,k(kN/m2) 20.36
3.强度计算
工况1地面汽车荷载 N(kN) 171.61
19
Ee/En 0.60 rst(kN/m3) 78.5
b(m)
0.6 D0(m) 1.816
b0(m)
1 r0(m) 0.908
t(m)
0.016 r1(m) 0.916
Br(m) 10
rw(kN/m3) 10
D(m) 1.8 t0(m) 0.014
Br/d1 5.46 νp 0.3
ξ 1.02 νs 0.4
f 0 f
Байду номын сангаас
2
2 x
x
Fcr,k Kst (Fsv,k / D1 qik Fvk )
Fcr,k
2Ep (n2 3(1
2 p
1) )
(
t D0
)3
2(n2
Ed 1)(1 s )
FGK / Ffw,k K f
d , m ax
DLKbr03(Fsv,k qqik D1) EpIp 0.061Edr03)
d,max D0
ψ ΨD0(mm)
0.035 63.560
d , m ax
DLKbr03(Fsv,k qqik D1) EpIp 0.061Edr03)
d,max D0
OK！！！
4.稳定验算
工况1地面汽车荷载(kN/m2) 工况2地面堆积荷载(kN/m2) Fcr,k(kN/m2)
242.54 254.29 673.93
OK！！！ OK！！！
5.抗浮计算
∑FGK (kN/m) 8)地下水浮托力Ffw,k(kN/m) kf
130.17 37.30 3.49
OK！！！
6.刚度验算
工况1地面汽车荷载ω d,max(mm) 工况2地面堆积荷载ω d,max(mm)
0.057 0.079
OK！！！ OK！！！
M(kN.m) σθ(kN/m2) ησθ(N/mm2)
5.84
191024.20
171.92 OK！！！
M(kN.m) 6.25
σθ(kN/m2) ησθ(N/mm2)
2
rGw 1.2 kvm 0.157 γ0
1 Kf 1.1
rGs 1.27 kwm 0.102
ψ 0.85
DL 1.5
Rq 1.4 kb 0.096 ψc 0.9
2.荷载计算
1)钢管自重G1k(kN/m) 2)竖向土压力Fsv,k(kN/m) 3)管内水重Gwk(kN/m) 4)设计内水压力Fwd,k(kN/m2)
Ed(kN/m2) 3.06E+03
设计地面高程 (m)
18.61
管顶高程(m)
15.076
管中心高程 (m)
Ip(m4)
14.16 0.001167
Hs(m) 设计外水位(m)
3.534
15.28
3)计算系数
rG1 1.2 包角 90 DL 1.25
n 2
rG,sv 1.27 kgm 0.102
η 0.9 Kst
工况2地面堆积荷载 N(kN)
171.612 管壁的纵向应力 σx(N/mm2)
△T°c 最大组合折算应力σ1(N/mm2) 最大组合折算应力σ2(N/mm2) γ0σ
分子 23.16
分母 3.97
分子 24.81 138.98
25 162.25 193.26 193.26
分母 3.97 -20.56
7.16 123.01 25.43 150.00
G1k stD0t
Fsv,k s H s D1 Gwk wD2 / 4
Fwk(kN/m2)
100.00
5)真空压力Fvk(kN/m2)
50.00
6)地面堆荷载qmk(kN/m2)
10.00
ψq
0.5
7)地面车辆荷载qvk(kN/m2)
4.12
埋地钢管的结构计 算
1.基本资料 1)材料性能
Ep(kN/m2) 2.06E+08 f(N/mm2)
215 A3钢
2)几何参数
a(m)
0.2 D1(m) 1.832
参考《给 水排水工 程埋地钢 管管道结 构设计规 程》
1800
En(kN/m2) 5.00E+03
α 1.20E-05
Ee(kN/m2) 3.00E+03 rs(kN/m3)