直埋管道固定墩设置探究
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
巴Ｅ：
Ｐ
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。
直埋固定墩设计和计算的问题探讨
直埋固定墩设计和计算的问题探讨
孙淑文
【期刊名称】《区域供热》
【年(卷),期】1999()5
【总页数】5页(P24-28)
【关键词】直埋管道;固定墩;设计;供热;土压力;摩擦力
【作者】孙淑文
【作者单位】北京市热力工程设计公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU833.12;TU995
【相关文献】
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 [J], 颜雷
2.无补偿直埋供热管道固定墩设计探讨 [J], 辛丽萍;路喜凤
3.直埋管道固定墩结构探讨 [J], 马鸣;付杰
4.城市供热管网固定墩受力状态及其直埋敷设设计探讨 [J], 孙哲
5.直埋热力管道预制装配式固定支墩设计与计算探讨 [J], 朱闯
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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摘要：在现代城市建设中，大口径、高温、高压的直埋式供热管道被广泛应用，管道固定段的轴向推力通常很大，给结构设计带来一定的困难。
本文从埋置深度、周围覆土性质等对固定墩的性能的影响方面，对固定墩的结构设计进行研究。
关键词：直埋式供热管道固定墩1固定墩主要受力固定墩作为管道的支撑结构埋于地下，除了自重外，受到各种外力作用。
1.1 水平力1.1.1 管道水平推力管道水平推力F(单位为kN)根据管道的敷设、管径、运行温度、安装温度、工作压力的变化及与土的摩擦力计算可得出。
此项数据在设计过程中由暖通专业计算并提供，用于结构计算。
1.1.2 主动土压力、被动土压力管道支墩前后侧面的土体对支墩产生主动土压力及被动土压力，计算公式如下：粘性土：Pa=γhtan2(45°－φ／2)－2ctan(45°－φ／2)Pp=γyhtan2(45°+φ／2)+2ctan(45°+φ／2)砂土等无粘性土：Pa=γhtan2(45°－φ／2)Pp=γhtan2(45°+φ／2)式中：Pa——主动土压力，kPaPp——被动土压力，kPaγ——土的重度，水土分算时，取浮重度；水土合算时，取天然重度，kN/m3h——固定墩埋深，m;φ——土的内摩擦角C ——土的粘聚力，kPa1.1.3 固定墩与土的摩擦力固定墩底面、侧面及顶面与土壤接触，都会产生摩擦力，但在计算中，上面及侧面的作用力可忽略不计，只计算底面产生的摩擦力。
Ff=G式中：Ff——摩擦力，kN。
——土与固定墩的摩擦系数：对粘土，0.25~0.45；对砂土，0.40~0.50；对碎石土，0.60。
G——固定墩自重及上面的覆土重，kN。
1.2 垂直力1.2.1 固定墩自重GG=γ0V式中：γ0——固定墩的重度，一般取25kN/m3V——固定墩的体积，m31.2.2 固定墩上部覆土的重量G1G1=γh0S式中：γ——固定墩上部土的重度，水土分算时，取浮重度；水土合算时，取天然重度，kN/m3;h0——固定墩上部覆土深度,m;S——固定墩底板面积,m2;2固定墩的结构验算2.1 抗滑移验算[1]抗滑移验算公式式中：Ks——抗滑移系数；K——固定支墩后背土压力折减系数，取0．4～0．7；EP——被动土压力作用力，kN；Ea——主动土压力作用力，kN。
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。
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。
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。
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直埋管道固定墩设置探究
1 概述
当管道因温度变化发生热胀冷缩是，若管线受到约束，管线内便产生热应力。
为保护管道与管接头、管道弯头、及其他一些附件正常安全工作，就必须在管道上设置固定墩以限制管段的位移在允许的范围之内。
管道固定墩计算结果通常非常惊人，管线固定墩的推力动辄几十吨，固定墩的尺寸也到了数米的程度。
如此巨大的固定墩消耗了相当多的混凝土，并且增加了巨大的施工难度。
如何的计算固定墩的实际所需推力，并减少固定墩的尺寸及安装空间，无疑是一个需要探讨的课题。
2 工程实例
在直罗~富县原油插输工程中，输油管道规格为Φ163×5.6（6.3）PSL2 B级钢管，40mm厚泡沫黄夹克保温，总长度92.88km，沿线多为山地、河谷等。
管道共设有80余个固定墩，分别设于管道出土段、穿跨越等处。
管道运行温度为60℃，安装温度为20℃，温差为40℃。
固定墩设计推力为5t，单个固定墩尺寸为1.4m×1.5m×1.2m，消耗混凝土约2.5m3。
通常，固定墩的计算公式为：
N=FEαΔT
式中F——管壁截面积（m2）；
E——管材弹性模量（Pa），一般取2.06×1011Pa；
α——管材线膨胀系数（cm/cm·℃），钢管为1.2×10-5/℃；
ΔT——安装温度和运行温度差（℃）。
此计算结果仅考虑限制管线变形产生的应力，论计算推力很大。
一般对固定支墩的推力为公式计算值乘一个折减系数。
折减系数取1/2～1/3。
直罗~富县原油插输工程中，管道最高运行温度为60℃，安装温度为20℃，计算推力为30t。
实际需要的推力可能要远小于计算推力，是因为：
（1）固定支墩不能绝对固定，稍有位移将使推力减小。
（2）埋地弯头或管道的出土段的弯头处都有土壤反力的作用，它与推力方向相反，因此使推力减小。
土壤对弯头的推力与弯头位移、土壤性质和夯实程度等有关，难以精确计算。
3 管道的伸长量
管道埋于土壤中，伸长或者收缩受到土壤摩擦力的作用。
摩擦的阻力的大小与管线的长度成正比，当管线达到一定长度是，摩擦阻力将平衡温度应力引起的轴向力，管
线不能伸缩。
土壤中管线不能伸缩的最小长度ls（m）为[1]
ls=αEΔTπDaδ/f[2(Pv+Ps)D+q]
式中Da——管线的平均直径，m；
δ——管线壁厚，m；
f——管线与土壤的摩擦系数，一般f=0.3~0.6；
q——单位长管线（包括管内介质）的重量，N/m；
Pv——管线顶部埋土压力，N/m；
Ps——管线两侧所受的被动土压力，N/m。
式中q的取值一般占分母的3%~10%，实际计算可将q忽略。
通过简化可能到：
ls=αEΔTδ/0.847ρt ghf
式中ρt——土壤的密度，kg/m3；
h——管线埋深，m。
管线出土端的长度超过ls以上的部分不能伸缩，而在ls范围内管线向出土段一端伸长（或收缩）量将因为土壤摩擦力的影响而减少一半，及出土端伸长量为：
Δls=0.5αΔT ls
直罗~富县原油插输工程中，管道管顶埋深为 1.2m，计算管道在土壤中不能伸缩的最小长度ls=51.47m；出土端伸长量为0.012m。
0.012m的变形量会产生多大影响呢？
在埋地管道中的弯头相当一个自由端或半自由端，与弯头两端相连的部分为过渡段。
当弯头曲率半径由于位置的限制而取得较小时(如进出站或穿跨越处) ，其吸收变形的能力很小，两个过渡段的变形将集中在弯头上，这样可能使弯头的断面变扁、屈曲而破坏。
弯头允许有一定的变形。
弯头允许变形的限度以不产生永久变形和不产生屈曲为原则，求出弯头两端允许的位移量。
其位移的具体数值与弯头的几何尺寸(直径、壁厚) 有关，与弯头的角度、方向等有关，应对此进行理论分析和实际的测定。
考虑到一定的安全度以后，弯头两端允许多少位移就给予多少位移，亦即允许固定墩有多少位移。
固定墩有位移以后，两端由嵌固变成了某些放松，这样固定墩所需承受的推力大为降低。
如果弯头可以吸收全部由过渡段传来的位移量，则弯头不必加以保护。
因此可以通过增加弯头或弯管的曲率半径来增加过渡段变形量吸收能力，减小固定墩推力或者不设固定墩。
4 考虑位移的固定墩计算
固定墩的计算是一般是按照锚固死计算的，但是实际中土壤再夯实也不会是刚性体。
大直径管道如果按照锚固死计算产生的推力高达几十吨甚至几百吨，固定墩尺寸不可避免的要很大。
但是当管线自由端稍微产生位移之后，推力迅速减小。
固定墩微量变。