直埋规程固定墩推力
考虑位移效应的直埋供热管道固定墩受力分析
０ 引言
供热管道敷设方式主要 有以下几 种 ： 空敷设 、 沟敷设 和 架 地 直埋敷设 。与传统 的架空和地沟敷设方式相 比， 直埋敷设具有 占 地少 、 施工周 期短 、 护量少 、 约投 资 、 维 节 使用 寿命 长 等优点 “ 。 Ｊ
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因此 ， 研究其受力计算方法也成为工程技术人员 和科研人员最 为
关注 的问题。
采 用 有补 偿 的安 装 方 式 ， 保 护 弯 头 、 通 、 径 管 和 阀 门等 为 三 变 管件 就 必 然要 使 用 固 定 墩 、 偿 器 等 附 件 。 因此 ， 究 固定 墩 的 补 研
供 水
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图 １ 直 埋 管道 固定 墩 受 力模 型
（ ） （
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ｆ ）
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２ 固定墩受 力分析
假设固定墩宽 、 、 厚 高分别 为 ｂ ｄ ｈ 固定墩 墩顶覆 土高度为 ，，，
ｈ ， 供热 系 统 运行 过程 中 ， 着 管 道 内介 质 温 度 的升 高 ， 定 墩 在 随 固
图 ３ 固 定墩 受 力 俯 视 图
在管道热膨胀力作用下会产生微小 的轴 向位移 ， 供热 系统运行时 ２ １ ＡＡ ． 面管道施加 给 固定墩 的 受力 Ｐ 的确定 固定墩受力 如图 ２所示。 。 管段处于锚 固状态 ， 因此其受力主要 由管道 的温升轴 向应
［ ］ Ｙ ＰＴｎ ， Ｉ ａ，． ｎｓｉ ． ｆｃ ｏ ｓｏｋｌ ｄｎ ｆ ｅｖ ９ ． ．ｉｇＨ． ｉＳ ｍ ０ ｔ Ｅ ｅｔ ｆ ｈｃ— ａｉｇ ａｙ ｈａ ｏ ｏｈ 工 大 学硕 士 论 文 ，００ ２０．
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。
地下管网球墨铸铁热力管道固定墩、固定支架承受的推力计算
B.0.2管道截面外推力主要由内压引起的轴向推力组成。
（B.0.2）
式中：T——内压引起的轴向推力（kN）；
D0——工作管内径（mm）；
Pc——管道计算压力（MPa）。
B.0.3管道典型布置形式的固定墩推力合成力T’应按表B.0.3所列公式计算。
表B.0.3管道典型布置形式的固定墩推力合成力
1
2
3
垂直向下分力：
水平分力：
4
垂直向上分力：
水平分力：
城镇供热直埋蒸汽管道技术规程
城镇供热直埋蒸汽管道技术规程1总则1.0.1为在直埋蒸汽管道的设计、施工、验收和运行管理中统一技术要求，确保工程质量，做到经济合理、安全适用，制定本规程。
1.0.2本规程适用于工作压力小于或等于1.6MPa，温度小于或等于350℃，直接埋地敷设的保温蒸汽管道的设计、施工、验收及运行维护。
不适用于抽真空保温结构的直埋蒸汽管道。
1.0.3直埋蒸汽管道的设计、施工、验收和运行管理，除应符合本规程外，尚应符合国家现行有关标准的规定。
2术语2.0.1直埋蒸汽管道直接埋设于土层中输送蒸汽的预制保温管道。
2.0.2工作管在直埋蒸汽保温管结构中，用于输送蒸汽的钢管。
2.0.3外护管保温层外抵抗外力和环境对保温材料的破坏和影响，具有足够机械强度和可靠防水性能的套管。
2.0.4防腐层为防止钢质外护管腐蚀而在其外表面覆盖并紧密结合的材料层。
2.0.5保温管补口直埋蒸汽管道连接处的保温层、外护管及防腐层的接口处理。
2.0.6排潮管排除工作管与外护管之间水汽的导管。
2.0.7内固定支座在钢质外护管的直埋蒸汽管道中，保证工作管与外护管间不发生相对位移的管路附件。
2.0.8外固定支座在钢质外护管的直埋蒸汽管道中，保证外护管与固定墩间不发生相对位移的管路附件。
2.0.9内外固定支座在直埋蒸汽管道中，保证工作管、外护管和固定墩三者间不发生相对位移的管路附件。
2.0.10辐射隔热层在带有空气层的保温结构中，在空气层壁面设置抛光金属铝箔层，利用其表面低发射率和高反射率的特性，减少表面辐射换热而提高绝热效果的结构。
3管道布置与敷设3.1管道布置3.1.1直埋蒸汽管道的布置应符合国家现行标准《城市热力网设计规范》CJJ34的有关规定。
3.1.2直埋蒸汽管道与其他设施的水平或垂直最小净距，应符合表3.1.2的规定。
当不能满足表中的净距或其他设施有特殊要求时，应采取有效保护措施。
表3.1.2直埋蒸汽管道与其他设施的最小净距(m)注：当直埋蒸汽管道的埋深大于建（构）筑物基础深度时，最小水平净距应按土的内摩擦角计算确定。
管网直埋敷设固定墩设计
第43卷第34期山西建筑Vd.43No.342 0 1 7 年 1 2 月SHANXI ARCHITECTURE Dec. 2017 •125 •文章编号：1009-6825 (2017) 34-0125-02管网直埋敷设固定墩设计于海(太原市热力公司，山西太原030024)摘要:对供热系统中管道敷设形式分析,并探讨了固定墩的计算方法，最后针对不同固定墩形式进行对比，得出要是管道推力相 对小，则适宜应用矩形固定墩形式，要是管道推力相对大，则适宜应用板凳形固定墩形式。
关键词：直埋敷设，固定墩，设计中图分类号:TU995.3 文献标识码:A1概述现阶段，国内城市集中供热系统在进行管道施工的过程中，一般是采取直埋的方式进行管道施工，直埋敷设拥有下列优势: 1)采用直埋敷设方式在系统运行过程中热损相对小，而且能耗较 低。
2)采用直埋敷设方式系统资金投人少，拥有良好的防腐效 果，确保供热管道的使用周期有所延长。
3)采用直埋敷设方式土 地占用面积小，工程施工周期短。
随着管道直埋敷设技术不断的发展成熟，目前我国热力系统 管道工程建设中，基本上是采用直埋敷设的方式。
在对土压力进行计算的过程中，可以采用朗肯理论，也可以 采用库仑理论。
经过试验证明，若是处于同等的条件之中，主动 土压力值（\)以及静止土压力值（％)均小于被动土压力值(),而主动土压力值要比静止土压力值小，三者之间的关系为：^ <£。
<^。
并且，被动土压力的出现需要位移值要较主动土压 力出现需要位移值大很多。
不过，在进行固定墩设计的过程中，标准固定最大的位移值应当小于25 mm。
所以，要想达到最终被 动土压力值很难实现。
因此，在对固定墩进行设计的过程中，应 当采取折减措施，对应的折减系数为0.4 ~0. 7,如此可以抵抗管 道推力作用相关的因素便有所减少。
固定墩结构和地基之间的 接触位置形成摩擦力，同样是抵抗推力非常关键的因素。
城市直埋式供热管道固定墩的结构设计浅析
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。
直埋热力管道固定墩优化设计
号审 骨 丑 壁旦 营 － 晷 － Ｓ ｄ ． ． ． ． ． ４ ｑ ｌ ￣ － 晷
Ｔ形固定墩 箱式固定墩
部覆土重 ， Ｎ； ６ ， ｄ ， ｈ均为 固定墩几 何尺寸 ， 对 于矩形为宽 、 厚、 高，
ｍ； ， ｈ ， Ｈ分别 为固定墩顶 面、 管道 中心和 固定墩底 面至地表 面 距离 ， ｍ 为地基承 载力设 计值 ， Ｐ ａ ； … 为 固定 墩底 面对 土壤 的 最大压应力 ， Ｐ ａ ； ￣ ｂ 为 回填土的 内摩擦角 ， 砂土取 ３ ０ 。 。
压力折减 系数 ， 可取 ０ ． ４～ ０ ． ７
因 主 固 定 支 架 回 普 通 套 筒 补 偿 器 或 波 纹 补 偿器
和顶 面与土壤 的摩擦力 ， Ｎ； Ｅ 。 为主动土压力 ， Ｎ， 当 固定墩前 后均
为粘性 土时 Ｅ 可 以略 去 ； Ｅ 为被 动土 压 力 ， Ｎ； Ｔ为 直 埋 管 道 对 固
土壤承载条件 ：
≤１ ． ２ ｆ （ ３ ）
其 中 ：
＝ 如ｇ ｂ ｈ （ ｈ １ ＋ Ｈ ） ｔ ｇ ｆ ４ ５ 。 ＋ 罟１ Ｅ 。 ＝ 如ｇ ｂ ｈ （ ｈ １ ＋ 日 ） ｔ ｇ ｆ ４ ５ 。 一 孚１
（ ４ ） （ ５ ）
其中， 为抗 滑移 系数 ； 为抗倾 覆系数 ； 为 固定墩被 动土
图 １ 普通轴向补偿器和 固定支墩示意图
一
分别 为 固定 墩底 面、 侧 面
２ 固定墩 形状
定墩 的最大推力 。应 分别 计算水 压试验 推力 ， 运 行状 态推 力 ， 设
从 中选取最 大值 ； 置 为主 动土 固定墩形状通常采用长方体 、 Ｔ形体 、 箱式等。其 中箱式 固定 计 固定墩承受单根还是 双管推 力 ，
热力管道固定墩受力分析
经过对工考虑摩擦力 、 盲板 力和土壤反力的综 合作用 。 ９ ． Ｌ型固定墩应进行 降温状态 下管道的 ２ 受力分析 ， 降温状态下 固定墩受力较大 。 ９ － ３固定墩 尺寸设计 时可采用 固定墩发生 微量位移 的设计及计算方 法。
目 前应用 的固定墩设计方法是按锚死 固定 ３ 管道单长摩 擦力计算 根据规程 ， 预制保 温管与土壤间的摩擦力 墩的要求设计 的，而且仅考虑 了墩子 与土壤 之
责任编辑 ： 田波
参 考 文 献 ｆ１ 平 ， 刚 ． 热 工程 【 ． 京 ： 国建 筑 工业 １贺 孙 供 Ｍ】 北 中
出版 社 ，０ ３ １ ２ ０ ，．
ｆ１ ２ 中华人 民共和国行 业标准城镇直埋供 热管道 工程 技 术规 程 （ Ｊ厂 １９ ）１９ ． ｃ Ｊｒ８ － ８ ， ８ ９ 【１ ３冯永 申， 穆树 芳． 直埋供 热管道 固定墩 用于保 护 弯 头 时 的优 化 设 计 方 法 阴． 区域 供 热 ，０ ０６ ２０ ，． 『 颜 雷． ４ １ 无补偿 冷安装 直埋供 热管道 固定墩设 计几个问题的分析Ｌ ． ｎ黑河科技 ，０ ３ ２ ２ ０ ，．
目前 ， 热力管道常用的敷￣ ７ 式 主要有 三 用下式计算 ： ｔ５ － Ｆ ＝ｒ ｇｕＨ ＋ Ｄｃ ２ ・ ｒ ，（ ｐ ｌ ） Ｄｃ 种， 直埋敷设 ， 架空敷设和地沟敷设。直埋敷设 因工程造价低 、 热损失小 、 防腐 绝缘性能好 、 施 式中， Ｆ为单 长 摩擦 力 ；为 土壤 密 度 ， ｐ 取 工速度快 等优势 已在供热领域被广泛采用。在 １０ Ｋ ／ 为摩擦 系 数 ， 大 值取 ０４ 取 小 ８ ０ ｇｍ ； 最 ．， 供热管道 直埋敷设 中 ， 型 管线布置 是常见 的 值取 ０２ Ｈ为管顶覆 土深度， １ ｍ； 为预制 Ｌ ．； 取 ． ５ 布置形式 。在管 线 Ｌ 型布置 时 ， 如何对 固定 墩 保温管外径 ， ０ ５ 。 取 ． ｍ ９ 进行正确的受力分析 。直接关系到整个管线的 经 计 算 ，ｍ ｘ ３ ４×１０ ９ Ｆ ａ＝ ． １ ８０× ． ０ ８× ． ４× １ ０９ ／） ． ４ ５ ０９ ／ ５ ５ 运行 安全 。 文通过实 际的供热工程 ， 本 详细介绍 （ ．＋ ．５２ ｘ０９ － １ ９ ．８ Ｎｍ Ｆ ｎ ｎ ｎ ＝２ ７ ５４９ Ｎ／ ｍｉ＝ “ ０ ９ ． ｍ 在热力 管道 直埋敷设设计 中 Ｌ 型管线布置时固 定墩受力 的计算方法 。 ４ 弯头的过渡段长度计算 ｌ 程概况 工 根据规程 ， 水平转角弯头按下式计算 ： 广—— ＝———————— ————————一 华电能 源股份 有限公 司哈尔滨 第三发 电 ， ｆ ＋ （ ｎ 一 ） Ａ 一Ａ ａＪ ＝、 — （ 十 ０ ｖ＾—ｚ ｚ 厂热电联产集 中供热热 网工程首站至呼兰老城 区段热网支线在 市政道路下沿 厂区围墙敷设 ， ｌ 支线管径为 Ｄ ８０ 管道壁厚 为 ｌｍ 。 Ｎ０， Ｏ ｍ 管网热 甬 靠 而 媒 为高温热水 ，供 回水设计 参数为 １０ ０ ４Ｈ ＇ ￣， １ ／． Ｐ 。管道采用 聚氨酯预制保温管 ， ．１ Ｍ ａ ６ ０ 管道 经计算 ，ｎｘ ２ ４３ ｌ ｎ ２ ．８ ｍ。 ｈ ａ＝ ３ ．６ ｍ， ＝１９１ ｍｉ 安装温度为 ｌ ℃。 ０ 由计算结果可知 ， 弯头 的弯臂长度 ２ ｍ远 ５ 支线采用有 补偿 直埋敷设 ，通过在 弯头 、 小于弯头的过渡段长度。 三通、 变径等管 件附近设置 固定墩和补偿 器 ， 使 ５补偿器摩擦力计 算 管件的受力在许用应力范围内。补偿器采用 直 补偿器摩擦力是补偿器的性能参数 ，其数 埋型套筒补偿器 。Ｌ 型布 置处管 道平均埋深为 值 大小与制 造工 艺密 切相 关 。查相 关样 本有 １ 米， ． 弯头距 固定墩的弯臂长为 ２ 米 ， ５ ５ 弯头采 Ｄ ０ Ｎ８０套简补偿 器摩擦力为 ３ ２ ０ ０ ０ Ｎ。 用 Ｒ＝ ．Ｄ的预制热压弯头。 Ｉ ５ ６ 土壤反力计算 ２固定墩受力 分析 规 范中没 有 明确给 出土壤 反力 的计算 公 根据 《 城镇 直埋 供热管道工程技术规 程》 式 ，设计者往往进行人为的估算或去掉公式 中 （ 下称 规程）转角 固定墩受力可分为两种形式 ， 的 Ｎ项 ， 势必 导致 固定墩受力 的增大 ， ， 这 土建 当 ｌ ｎｎ时 ， Ｎ － ．ｖ０ ；当 ｌ ｌ ｎ时 ， 设计又通 过增大 固定 墩尺寸来满 足受力要求 ， ￣ｈ ｉ Ｈ＝ ａ－ ８ ｆ ） Ｏ ＜ ￣ ｍｉ Ｈ Ｆ ａｌＮ－．Ｆ－ ｄ ￣。 ＝ ｍ ｘ － ８ ｆＰ Ａ０ ＋ Ｏ 这不但增加工程造价 ，还增加 了工程中的实施 式中 ，Ｆ ａ一土壤与管道的最大摩擦阻力 难度。土壤反力可按下式计算 ： ：ｍ ｘ Ｌ 管线布置长弃 ． Ｎ 【Ａｄ １－０＋ ｓＡ — ＝ Ｅ —ｌ）Ｐ Ｏ Ａｖ盯ｈ ０５ Ｌ ｒ １ － ．Ｆ 】 Ｆ＿补偿器的摩擦力 ｆ （＋ Ｍ） ｌＣ Ａ ｔ ２ ／） ｋ Ｉ］ Ｉ Ｃ 玎 ＋ Ｍ＋ ａ （ ２ ／ ３Ｌ ｎ ２ Ｐ Ａ －弯头产生的盲板力 ｄ Ｏ－ 土壤 反力 与弯臂长 度和摩擦 阻力有关 ， 与 Ｎ 一管道受 热仲长所受 的土壤反力 弯臂长度成正 比， 与摩擦阻力成反 比。 由公式② 可知 ， 固定墩受力仅按最 大摩 擦 经计算 ， ｍｉ＝ １０ ５ Ｎ ｍｘ ４ １ ８ Ｎ。 Ｎ ｎ ４ ８７ Ｎ， ｎ ＝ ３ ７４ 力 Ｆ ａ 计算 ， ｍｘ 当管线布置 长度适 当时 ， 固定 墩 ７ 计算结果 的推力将变得很小 ， 甚至趋 于 ０ 这只适用 于管 ， 公式① ： 计算条件不成立。 道 运行初期 。当管线布置长度使固定墩受力很 公 式 ② ：＝ ｍｘ Ｎ ｉ ０ Ｈ Ｆ ａｌ ｍ ｎ ． ＋ － 小 时， 管线运行末期 ， 在 土壤与管道间摩 擦系数 ８ ＿ ｄ Ｆｆ Ｐ Ａ０＝ ５ ０９ ４１ ９ ．８ ×２ ＋ ８ ７ —０ ５ ４１ ０ ５ ． ８ × 将由最大逐 渐向最小转化 ，固定墩的受 力也将 ３ ２ ０ １ ｘｌ６ ＂ ０ ￣ ）６ ９ ４ ０ ０ － ． ０×（ ／ ．／ ＝ ２ ４ １Ｎ ６ Ｉ ８ ４－ Ｘ 随之改 变 ， 时 ， 此 固定墩受 力为 Ｈ Ｆｆ ｌＮ ０ ＝ ｎｎ＋ 一 ． ｉ 公 式 ③ ： Ｆ ｎ＋ ｍ ｘＯ Ｈ＝ ｍｉｌＮ ａ－ ． ８ ｆＰ Ａ ￣。 ｒ－ ｄ ０ ８ ｆ Ｐ Ａ０ ２ ７ ５ Ｆ － ｄ ＝ ０ ９ ４９ ｘ２ ＋ １ ４ Ｌ ５ ４３ ７８ —０８ × 以上只讨 论 了管 道升 温过程 中固定墩 的 ３ ２ ０ １ ０ｘ（ ７ ．／） １３ ６ ０ ０ － ． １６ ６ｘ ０ ２ ＝ ２ ２ ３Ｎ ８４ 受力 ， 当管道处于降温过程中时 ， 弯头的弯臂将 公 式 ④ ： Ｆ ｎ＋ ． Ｈ＝ ｍｉ／Ｏ ＦｆＰ Ｏ— ｘ２７５ ×２ ＋ Ｌ ５ ０８ × 产生收缩 ， 形成 一定的收缩 长度 ， 此时 ， 弯头产 ８ ｄＡ Ｎｍａ ＝ ０ ９ Ａ９ ０ ０ ＋ ． ０ｘ（ ６ ， ＋ ３ ７ ４ １ ８０ ９Ｎ ４ 生的盲板力 与管线 的摩擦力方向相同 ，固定 墩 ３ ２ ０ １ ×１６ 郴 ２ ）４ １８ ＝ ７ ０ ７ 受力 为 Ｈ Ｆ ｉ ＋ ． ｆＰ Ａ ＋ （ 。 ＝ ｍｎ Ｏ Ｆ＋ ｄ Ｏ Ｎ￣ ｌ Ｓ ） 可见 ，公式④的计算结果远大于公式② 和 可见 ， 固定墩受力分析时若 只考 虑最大摩 ③ 的计算结果 ，固定墩受力分析应考虑管道 降 擦阻力 Ｆ ａ ， ｍ ｘ 固定墩在运行末 期将会 因受力变 温状态下 的力学模型 。由公式④得 出的固定墩 土建设计 时应进行尺寸优化 。 化而产生位移 ， 导致管线 的破坏 。 最终 固定墩受 受力较大 ， 力分析应由公式①⑦③④综合确定 。 ８固定墩尺寸优化