给水管道设计之结构分析基础[汇编]
管道结构知识点总结
管道结构知识点总结引言管道结构是工程结构中常见的一种结构形式，其在各种工程中都有广泛的应用，如石油、天然气、给水、排水等管道工程。
本文将从管道结构的定义、分类、设计原则、施工工艺和安全管理等方面进行综合性的总结和讨论。
一、管道结构的定义和分类1. 定义管道结构是指由管道、支架、附件和管道连接构件等组成的一种结构系统。
它承载着输送流体的管道，在不同的工程中扮演着重要的角色。
2. 分类根据用途和结构形式的不同，管道结构可以分为以下几类：（1）按用途分a. 输送管道：用于输送各种流体介质，如石油、化工品、水等。
b. 支撑管道：主要用于支撑输送管道，保证其在使用过程中的安全性和稳定性。
c. 检测管道：用于检测输送介质的流量、压力、温度等参数。
d. 排放管道：用于排放废水、废气和其他废料。
（2）按结构形式分a. 直线管道：主要指笔直的管道结构，适用于长距离输送。
b. 弯曲管道：用于具有弯曲要求的工程，如管道绕行建筑物、地形等。
c. 分支管道：用于同一管道输送介质到不同的地方。
d. 架空管道：主要指悬挑于地面以上的管道结构，适用于地形复杂或有防腐要求的情况。
二、管道结构设计原则管道结构的设计原则是保证其承载能力、稳定性和安全性，具体包括以下几点：1. 承载能力设计：根据输送介质的性质和流量大小，确定管道结构的承载能力，并进行合理分配和配置。
2. 稳定性设计：考虑管道结构在各种自然环境条件下的稳定性，如地震、风力等。
3. 安全性设计：考虑管道结构在使用过程中的安全性，如防止泄漏、抗腐蚀等。
三、管道结构的施工工艺管道结构的施工工艺主要包括以下几个步骤：1. 管道材料采购：选择适合工程要求的管道材料，如金属、塑料、玻璃钢等。
2. 管道连接：采用焊接、螺纹连接、法兰连接等方式进行管道的连接。
3. 支架安装：选择合适的支架材料和安装方式，保证管道在使用过程中的稳定性。
4. 检测与保护：对管道结构的连接部位和支撑部位进行检测，保证其质量和安全性。
给水管道设计之基础工程与地基处理
给水管道设计之基础工程与地基处理基础工程是研究基础或包含基础的地下结构设计与施工的一门科学。
地基处理是人为改善岩土的工程性质或地基组成，使之适应基础工程需要而采取的措施。
所谓基础，是指将上部结构所承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分，根据埋置深度不同可分为浅基础（埋深乞5m）和深基础（埋深＞5m）。
浅基础包括独立基础（含刚性基础和扩展基础）、条形基础、十字交叉基础、筏板基础等，深基础包括桩基础、沉井基础、墩基础、箱形基础及地下连续墙等。
给水管道工程的基础形式一般为浅基础，因长直管道的基础往往连续布设，故作为条形基础进行设计是合理的。
对跨河管桥工程，当跨度不大时可一跨通过，并在两头设置混凝土镇墩，镇墩应满足稳定性要求，其混凝土强度等级不宜小于C20。
当不能一跨通过时，在多跨管桥的中部可采用桩基础，因为多在水上作业，故宜采用混凝土钻孔灌注桩，其桩径一般为0.6〜1.0m，混凝土强度等级不应小于C25。
由于桩基既可承受竖向荷载，亦可承受水平向荷载，因此是多跨管桥基础设计时较为合理的形式。
跨越较大河沟时，若因各种原因不允许采用管桥时，则往往采用顶管或定向钻从底部穿越。
顶管一般适用于DN800及以上的大直径管道，因为施工过程中需采用人工或机械出土，管径过小时将无法操作。
顶管施工时需设置工作坑，其工作坑后背必须确保安全、稳定、可靠。
若穿越位置较浅，可采用混凝土实体后背；若穿越位置较深，则采用沉井作为工作井和接收井比较合理。
定向钻是非开挖施工的一种方法，既可以在土层中穿越，也可以在岩层中穿越。
定向钻适用于不超过DN1200的管道工程，其布置相对比较灵活。
给水管道所经场地因地基土性状不一，并非所有天然地基都能直接铺设管道，这就涉及到地基处理问题。
常用地基处理方法有：置换法，排水固结法，压实和夯实法，振密和挤密法，加筋法，等等。
置换法中的换土垫层法和褥垫法在给水管道工程中使用较多。
换土垫层法是将基础下一定深度范围内的软弱土层全部或部分挖除，然后分层回填并夯实砂、碎石、素土、灰土等强度较大、性能稳定和无侵蚀性的材料，并夯实至设计要求的密实度，从而提高浅层地基承载力，减小地基沉降量。
给水管道设计之基础工程与地基处理
给水管道设计之基础工程与地基处理基础工程是研究基础或包含基础的地下结构设计与施工的一门科学。
地基处理是人为改善岩土的工程性质或地基组成，使之适应基础工程需要而采取的措施。
所谓基础，是指将上部结构所承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分，根据埋置深度不同可分为浅基础（埋深≤5m）和深基础（埋深>5m）。
浅基础包括独立基础（含刚性基础和扩展基础）、条形基础、十字交叉基础、筏板基础等，深基础包括桩基础、沉井基础、墩基础、箱形基础及地下连续墙等。
给水管道工程的基础形式一般为浅基础，因长直管道的基础往往连续布设，故作为条形基础进行设计是合理的。
对跨河管桥工程，当跨度不大时可一跨通过，并在两头设置混凝土镇墩，镇墩应满足稳定性要求，其混凝土强度等级不宜小于C20。
当不能一跨通过时，在多跨管桥的中部可采用桩基础，因为多在水上作业，故宜采用混凝土钻孔灌注桩，其桩径一般为0.6～1.0m，混凝土强度等级不应小于C25。
由于桩基既可承受竖向荷载，亦可承受水平向荷载，因此是多跨管桥基础设计时较为合理的形式。
跨越较大河沟时，若因各种原因不允许采用管桥时，则往往采用顶管或定向钻从底部穿越。
顶管一般适用于DN800及以上的大直径管道，因为施工过程中需采用人工或机械出土，管径过小时将无法操作。
顶管施工时需设置工作坑，其工作坑后背必须确保安全、稳定、可靠。
若穿越位置较浅，可采用混凝土实体后背；若穿越位置较深，则采用沉井作为工作井和接收井比较合理。
定向钻是非开挖施工的一种方法，既可以在土层中穿越，也可以在岩层中穿越。
定向钻适用于不超过DN1200的管道工程，其布置相对比较灵活。
给水管道所经场地因地基土性状不一，并非所有天然地基都能直接铺设管道，这就涉及到地基处理问题。
常用地基处理方法有：置换法，排水固结法，压实和夯实法，振密和挤密法，加筋法，等等。
置换法中的换土垫层法和褥垫法在给水管道工程中使用较多。
换土垫层法是将基础下一定深度范围内的软弱土层全部或部分挖除，然后分层回填并夯实砂、碎石、素土、灰土等强度较大、性能稳定和无侵蚀性的材料，并夯实至设计要求的密实度，从而提高浅层地基承载力，减小地基沉降量。
浅析给水排水工程结构设计
浅析给水排水工程结构设计给水排水工程是城市建设中非常重要的一环，其设计不仅需要考虑到安全、经济和实用，还需要满足环保的要求。
而在设计中，结构设计是一个非常关键的环节。
本文将对给水排水工程结构设计进行浅析。
一、给水工程结构设计给水工程是将水源通过管道、泵站等输送到城市居民、企事业单位和各种公共设施中使用的系统。
在给水工程的结构设计中，主要包括水源设施、输水设施和分配设施。
1、水源设施：其结构设计需要考虑到水源的保护问题，防止水源被污染、被侵蚀。
在设计中需要选择适当的采水口、水坝等设施，同时还要考虑到相应的过滤和处理措施以保证水源的水质安全。
2、输水设施：输水设施一般包括输水管道和泵站。
在设计中需要考虑到管道的材料、直径、流量等因素，确保输水线路畅通无阻；同时还需要根据输水距离、管道高度、地形等条件设计泵站的位置和规模。
3、分配设施：分配设施包括水塔、水池、配水管道等，主要用于储存和分配给水。
在设计中，需要考虑到分配设施的位置、规模和覆盖面积，以及配水管道的布置和直径等因素。
二、排水工程结构设计排水工程主要是将城市生活污水通过污水管网排放到污水处理厂，经过处理后排入水体。
在排水工程的结构设计中，主要包括污水收集系统、污水处理系统和污水排放系统。
1、污水收集系统：污水收集系统主要包括污水管网和污水泵站等设施。
在设计中需要选择适当的管材、管径和排水方案，确保污水能够顺畅地流入污水处理厂。
2、污水处理系统：污水处理系统主要是将城市生活污水进行处理，去除其中的有害物质，确保排放到水体中不会对环境造成污染。
在设计中需要选择适当的污水处理工艺和设施，并根据实际情况进行施工和运行。
3、污水排放系统：污水排放系统主要是将处理好的污水排放到水体中。
在设计中需要考虑到排放位置和流量等因素，确保排放的污水不会对水环境造成影响。
三、结构设计的相关问题在给水排水工程结构设计过程中，还需要考虑到一些与结构相关的问题，如施工工艺、材料选择、安全稳定等问题。
给水排水工程管道结构设计规范
给水排水工程管道结构设计规范给水排水工程管道结构设计规范是指在给水排水工程中，管道设计的相关规定、要求和标准。
设计应符合《城市给水排氷工程设计规范》（GB50014-2006）及其指南的要求，还应参照有关的规范和标准。
一、管道弹性结构设计1、管道几何尺寸和结构参数设计：运用一定规定的分析方法，根据管道的运行条件，确定管道的几何尺寸和内径，并选定符合设计要求的内壁几何形状，如管道主件的截面形状、壁厚及折弯半径等。
2、管道弹性计算：应对管道重复使用承受压力而产生的变形、应力及应力集中等进行弹性计算，确定特定荷载作用时管道的变形、应力集中及其损坏情况，以保证管道的安全性能。
3、管道材料设计：根据管道设计参数和管道运行条件，确定管道应用的材料及材料的性能，以便满足管道运行要求和安全性能要求。
二、管道稳定性设计1、管道布置设计：在给定的地形半径及管道穿越形式情况下，确定管道施工布置方案，采用合理的参数组合，使管道运行时化解外力效应，达到管道稳定性和可靠性要求。
2、管道支撑及连接设计：确定管道的支撑及连接结构，以保证管道正常运转，防止管道断裂以及其它可能的损坏情况。
3、支撑构件布置设计：根据管道设计需要确定支撑构件的布置方案，以保证支撑构件上管道的安全性能。
三、管道维护设计1、管道防腐设计：根据管道使用环境、渗漏风险和携带的介质等因素，合理选择防腐材料，有效地防止渗漏或侵蚀。
2、管道保温设计：根据管道使用环境，合理选择保温材料，有效降低管道的损耗和损坏。
3、抗震设计：根据遗传抗震规范及相关文件，确定管道的抗震设计要求，并进行抗震计算分析，确保管道在发生地震时不受到损坏。
四、安装构造及技术要求1、安装构造设计：根据管道运行条件，确定管道的安装构造，保证管道的正常使用。
2、技术要求：安装构造应符合管道敷设规范和技术要求，保证管道正常使用，并防止出现可能损坏管道的现象。
以上是关于给水排水工程管道结构设计规范的详细介绍，有助于保证给水排水工程的正常安全运行，从而起到维护人们身体健康和环境卫生的重要作用。
给水排水工程管道结构设计 (3)基本设计规定
基本设计规定4．1 一般规定4．1．1 本规范采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，除对管道验算整体稳定外，均采用含分项系数的设计表达式进行设计。
4．1．2 管道结构设计应计算下列两种极限状态；1 承载能力极限状态：对应于管道结构达到最大承载能力，管体或连接构件固材料强度被超过而破坏；管道结构因过量变形而不能继续承载或丧失稳定(如横截面压屈等)，管道结构作为刚体失去平衡(横向滑桔、上浮等)。
2 正常使用极限状恋：对应于管道结构符合正常使用或耐久性能的某项规定限值，影响正常使用的变形呈限值，影响耐久性能的控制开裂或局部裂缝宽度限值等。
4．1．3 管道结构的计算分析模型应拄下列原则确定：1 对于埋设于地下的矩形或拱形管道结构，均应属刚性管道：当其净宽大于3．0m时，应按管道结构与地基土共同作用的模型进行静力计算。
2 对于埋设于地下的圆形管道结构α应根据管道结构刚度与管周上体刚度的比值αs，判别为刚性管道或柔性管道，以此确定管道结构的计算分析模型：当αs≥1时，应按刚性管道计算，当αs<1时，应按柔性管道计算。
4．1．4 圆形管道结构与管周土体刚度的比值αs可按下式确定：4．1．5 对管道的结构设计应包括管体、管座(管道基础)及连接构造，对埋设于地下的管道，尚应包括管周各部位回填土的密实度设计要求。
4．1．6 对管道结构的内力分析，均应按弹性体系计算，不考虑由非弹性变形所引起的塑性内力重分布。
4．1．7 对管道结构应根据环境条件和输送介质的性能，设置内、外防腐构造。
用于绐水工程输送饮用水的管道，其内防腐材料必须符合有关卫生标准的要求，确保对人体健康无害。
4．2 承载能力极限状态计算规定4．2．1 管道结构按承载能力极限状态进行强度计算时，应采用作用效应的基本组合。
结构上的各项作用均应采用作用设计值。
作用设计值，应为作用代表值与作用分项系数的乘积。
4．2．2 管道结构的强度计算应采用下列极限状态计算表达式：4. 2. 3 作用效应的组合设计值，应按下式确定：4．2．4 管道结构强度标准值、设计值的确定，应符合下列要求：1 对钢管道、砌体结构管道、铜筋混船土矩形管道和架空管道的支承结构等现场制作的管道结构，其强度标准值和设计值应按相应的现行国家标准《钢结构设计规范》、《砌体结构设计规范》、《混凝土结构设计规范》等的规定确定。
给水排水管道系统讲义
给水排水管道系统讲义一、概述给水排水管道系统是现代建筑中不可或缺的基础设施之一。
它包括了给水系统和排水系统两个方面，为建筑物提供了合适的供水和排水功能。
本讲义将介绍给水排水管道系统的基本原理、设计要点和常见问题。
二、给水系统2.1 给水系统的组成给水系统主要由供水管道、水源设备和水处理设备组成。
1.供水管道：包括主供水管道、分配管道和室内管道。
主供水管道负责将水从水源引入建筑物，分配管道将水分配到各个使用点，室内管道则将水输送到各个具体使用设备。
2.水源设备：包括水泵和水箱。
水泵负责将水从水源抽取至建筑物，水箱用来储存水，并保持一定的供水压力。
3.水处理设备：包括除垢设备和净水设备。
除垢设备用来去除水中的杂质和积垢，净水设备则用来提供纯净的饮用水。
2.2 给水系统的设计要点给水系统的设计要点包括以下几个方面：1.水源选择和水量计算：选择合适的水源，并根据建筑物的用水需求计算出合理的供水量。
2.管道布置和管径选择：合理布置供水管道的走向，尽量减少管道的弯曲和阻力。
根据流量和压力要求选择合适的管径。
3.水泵选型：根据供水量和压力要求选择合适的水泵，确保供水系统正常运行。
4.水质处理：根据水质情况选择合适的除垢和净水设备，确保供水质量符合要求。
2.3 给水系统常见问题及解决方法在给水系统运行过程中，常会遇到以下问题：1.水压不足：如果供水压力不足，可能会导致供水不畅或无法正常使用。
解决方法包括增加水泵功率、调整供水管道布局等。
2.水质问题：如果供水中存在杂质或水质不符合要求，可以使用合适的除垢和净水设备进行处理。
3.管道堵塞：管道堵塞会造成供水中断，需要进行通风除尘或管道清洗来解决问题。
三、排水系统3.1 排水系统的组成排水系统主要由排水管道和排水设备组成。
1.排水管道：包括室内排水管道和室外排水管道。
室内排水管道负责将建筑物内部的污水排出，室外排水管道将污水排入城市的污水处理系统。
2.排水设备：包括下水道、下水管、排水泵等。
水路设计知识点归纳总结
水路设计知识点归纳总结水路设计是指通过对水体的规划和设计来满足人类对水资源的需求，包括灌溉、供水、排水、航运等方面。
本文将对水路设计的相关知识进行全面总结，包括水力学基础知识、水道工程设计、航道工程设计等内容。
一、水力学基础知识1. 流体力学：流体力学是研究流体静力学和流体动力学的学科，其中静力学研究静止流体的性质，动力学研究流体在运动过程中的变化和相互关系。
2. 流体参数：在水路设计中，需要了解和计算一些重要的流体参数，如流速、流量、压力、水位等。
3. 流态划分：流体可以分为层流和紊流两种状态，层流是指流体分子保持有序排列的状态，紊流则是指流体分子无序混乱的状态。
4. 马努勒方程：马努勒方程用来描述流体在管道中由于速度变化而引起的压力变化，是水力学中的重要公式之一。
二、水道工程设计1. 渠道设计：渠道设计是指根据工程需要和流经条件，确定渠道的类型、断面形状、滚石和防护措施等，以便满足工程的流量要求。
2. 渠化工程：渠化工程是在自然水道或河湖中开挖、疏浚或改造河道，以改善水流条件，提高流量和水质，为航运、灌溉和水利工程提供支持。
3. 河岸防护设计：河岸防护设计是为了保护河岸免于水流侵蚀和冲刷，在渠化工程中起到重要的作用。
常见的河岸防护结构有护岸、護岸墩等。
三、航道工程设计1. 航道规划：航道规划是根据船舶的通行需求和航运条件，确定航道的宽度、深度、弯道半径等要素，为船舶通行提供便利和安全保障。
2. 航道标志：航道标志是用来指示航道方向、航行安全、水深、障碍物等信息的设施，包括标志浮标、信标、灯塔等。
3. 船闸设计：船闸是航道工程中常见的人工水工建筑物，用于船舶通过高差的河道，通过调节水位和水量来保证船舶通行。
4. 港口设计：港口是航道工程中的重要组成部分，包括码头、泊位、港口设施等，用于装卸货物、调度船只和提供船舶维护等功能。
综上所述，水路设计涉及到水力学基础知识、水道工程设计和航道工程设计等方面的内容。
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给水管道设计之结构分析基础
一、概述
工程结构是指建筑物中以各种工程材料建成的能承受荷载或其他作用的构件的组合体,按所用材料可分为木结构、砌体结构、钢结构和混凝土结构（包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构）。
给水管道工程中的结构类型很多,如各类阀门井多采用砌体结构或混凝土结构,管桥支托及桁架大多采用钢结构,支墩、镇墩及管桥桩基等多采用混凝土结构。
不同结构形式其分析计算方法有所不同。
对钢制管道,一般采用材料力学方法；钢桁架采用结构力学方法；支（镇）墩的结构分析需联合应用理论力学、材料力学、土力学等方法；混凝土结构要用到混凝土结构设计方法。
二、结构分析基本步骤
1、确定计算简图
结构计算简图是一种简化的力学模型 ,它应反映实际结构的受力与变形情况 ,不能出入过大。
实际结构的简化包括结构体系、杆件、结点、支座、材料性质及荷载的简化。
如何正确选取计算简图 ,需要设计者具备必要的结构分析知识与实际工程经验。
如单跨与多跨管桥 ,上部钢管是整体结构 ,通过弧形支座支承于桩基承台上 ,上部钢管可以作微小的左右移动 ,也可以绕支座作微小的转动 ,所以单跨管桥的上部钢管可简化为简支梁 ,而多跨管桥则可简化为多跨连
续梁 ,由此而产生的计算误差在工程允许范围内。
2、计算所受的作用
作用习惯上称为荷载 ,分为永久荷载、可变荷载与偶然荷载。
永久荷载是指在设计基准期内其值不随时间变化 ,或变化的量值相对平均值可忽略不计 ,如结构自重 ,静水压力 ,土压力等；可变荷载是指在设计基准期内其值随时间发生变化 ,变化的量值相对平均值不可忽略不计 ,如风（雪）荷载 ,动水压力 ,车辆与人群荷载等；偶然荷载是指在设计基准期内不一定出现 ,而一旦出现其持续时间较短 ,且量值可能很大 ,如地震荷载 ,冲（撞）击与爆炸荷载等。
在给水管道设计中一般不计偶然荷载 ,但通航河道上的管桥工程需考虑船只的撞击力；此外 ,对重要的埋地过路管道宜考虑车辆荷载的作用。
3、进行受力分析
根据结构计算简图与所受的荷载 ,按照有关力学计算理论与方法计算相应的作用效应 ,包括内力与变形 ,并绘制相应的内力图 ,以供结构分析之用。
一般情况下 ,不同的结构构件其出现的内力不一定相同。
梁式杆件的内力以弯矩与剪力为主 ,可不考虑轴力影响；桁架结构以轴力为主 ,可忽略弯矩与剪力影响；对管桥桩基来说 ,其轴力、剪力和弯矩都需要考虑。
对某些结构还需作变形验算 ,如跨度较大的管桥钢管需验算挠度是否满足规范要求 ,混凝土灌注桩的沉降量是否满足工程要求 ,等等。
4、结构分析计算
结构计算的具体内容可视实际结构而定,其计算方法应按有关结构设计规范要求进行。
三、常用结构设计要点
1、管桥混凝土灌注桩设计要点
（1）根据工程规模与设计经验选择灌注桩的直径、根数与混凝土强度等级。
对DN1000及以下的管桥,其桩径宜采用600mm ,DN1200及以上时宜采用800mm；当上部悬空高度超过5m 时,宜采用双桩,以满足侧身稳定性要求。
混凝土强度等级不应小于C25。
（2）根据地质条件初步确定桩的长度。
荷载较小时可采用摩擦桩,荷载较大时宜采用摩擦端承桩或端承桩；桩底进入持力层深度不宜小于1.5倍桩径,当持力层为岩基时不宜小于1.0倍桩径。
（3）按建筑桩基设计规范验算桩的竖向承载力,并根据具体计算结果对桩长进行必要的调整；当侧向受力较大时（如横向风荷载,通航河道中的船只撞击力等）,尚应验算桩的水平承载力。
（4）按混凝土结构设计规范进行桩身与承台的结构配筋设计。
注：桩基持力层的选择应根据地质勘探报告确定 ,应特别注意淤泥与淤泥质黏土层不能作为持力层 ,否则会引起较大的桩基沉降。
2、管道混凝土镇墩设计要点
（1）根据工程规模与地质条件选择镇墩的形状与尺寸,其混凝土强度等级不宜小于C20。
（2）计算镇墩所受的各种作用,如重力（镇墩与钢制弯管的自重,弯管中的水重,镇墩的上覆土重）,摩擦力（一是镇墩底面的摩擦力；二是两个侧面的摩擦力,一般不考虑）,土压力（包括正面主动土压力和背面被动土压力）和动水压力（流动的水体对弯管施加的
动压力）。
（3）验算抗滑稳定性,即在外力作用下不会产生滑动失稳,其中滑动力包括正面主动土压力和动水压力,抗滑力为底面摩擦力与背面被动土压力。
抗滑稳定安全系数不应小于1.2。
取用镇墩混凝土与地基土的滑动摩擦因数时,应根据土的物理力学性质而定,亦可查看相关技术资料。
（4）根据镇墩的尺寸与实际受力情况,必要时应在相关部位配置构造钢筋。
注：混凝土镇墩的设计可查看标准图集 ,但应注意满足其适用条件 ,不能盲目套用。
3、管道钢结构支架设计要点
（1）根据管径大小与管道跨度选择支架的形状与尺寸。
钢材应采用Q235（原A3钢）,常用角钢或槽钢等型钢材料制作。
（2）支架的力学计算可采用静定桁架模型,其内力（主要是轴力）按结构力学方法确定。
（3）支架构件的强度与稳定性计算可采用材料力学方法。
特别应注意构件焊接部位的计算,以确定焊缝高度与焊缝长度。
（4）钢结构支架需考虑防腐问题,可采用红丹漆打底,银粉漆罩面；有需要时可采用表面镀锌处理。