管道埋深及荷载计算

江苏省邮电规划设计院有限责任公司Posts&TelecommunicationsPlanningandDesigningInstituteofJiangSuProvince管道埋深及荷载计算江苏省邮电规划设计院有限责任公司Posts&TelecommunicationsPlanningandDesigningInstituteofJiangSuProvince基本概念•1、静荷载•静荷载可分为垂直压强和水平压强：•垂直压强与管道的埋深、形状和结构有关，简单计算方法如下：Pj=P路面+P填土+P自重=∑(ni*k*γ*h*L)+P自重江苏省邮电规划设计院有限责任公司Posts&TelecommunicationsPlanningandDesigningInstituteofJiangSuProvince基本概念•1、静荷载•ni：超载系数（路面取1.1，回填土取1.2，混凝土取1.1）•ki：回填土的集中系数（粘土取1.2，砂土取1.1）•γ：单位体积的容重kg/m3（花砖1700，混凝土2400，钢筋混凝土2500，地下水位以上回填土1800，地下水位以下回填土2000）•h：路面或填土或混凝土的厚度•L：构件断面外缘的宽度•P管材自重=ρ*t（ρ：管材体积密度，t：管材厚度）江苏省邮电规划设计院有限责任公司Posts&TelecommunicationsPlanningandDesigningInstituteofJiangSuProvince基本概念•2、活荷载•活荷载指各种机动车辆在管道上方的路面行驶时，通过土壤传至管道的荷重。（当管顶覆土深度小于50cm时，车辆行驶速度的变化对地下管道产生一定的冲击力）Ph=n∑G/ab江苏省邮电规划设计院有限责任公司Posts&TelecommunicationsPlanningandDesigningInstituteofJiangSuProvince基本概念•2、活荷载30°60130180a路面后轮管道后轮传力线压力扩散宽度示意图江苏省邮电规划设计院有限责任公司Posts&TelecommunicationsPlanningandDesigningInstituteofJiangSuProvince基本概念0.2bH•2、活荷载压力扩散长度示意图江苏省邮电规划设计院有限责任公司Posts&TelecommunicationsPlanningandDesigningInstituteofJiangSuProvince基本概念•2、活荷载•n：荷载系数（覆土大于25小于50cm取1.2，覆土小于25取1.4，覆土大于50cm取1）•G：汽车后轮总荷重•a：压力扩散面的宽度，m•b：压力扩散面的长度，m•活荷载在道路中压力的分布角一般取30°~45°，此处取30°•a=2H1*tg30°+汽车轮距（*2）+后轮着地宽度（+汽车间距）•b=2H1*tg30°+后轮着地长度江苏省邮电规划设计院有限责任公司Posts&TelecommunicationsPlanningandDesigningInstituteofJiangSuProvince基本概念•2、弯曲应力•管壁的弯曲应力（管道埋深大于0.5米时）σ=M/W=R02（K1P1+K2P2）/W•σ：弯曲应力（MPa）；•K1：管道在静荷载作用下的弯矩系数；•K2：管道在活荷载作用下的弯矩系数；•R0：管厚中心半径R0=r+（R-r）/2（cm）；•W：单位管长的管壁截面系数（cm3/cm）江苏省邮电规划设计院有限责任公司Posts&TelecommunicationsPlanningandDesigningInstituteofJiangSuProvince基本概念•2、弯曲应力•W=I/（δ/2）•I：单位管长在管壁截面惯性矩（cm4/cm）I=δ3/12•δ：管壁厚度（cm）江苏省邮电规划设计院有限责任公司Posts&TelecommunicationsPlanningandDesigningInstituteofJiangSuProvince基本概念•2、直径变形率•ε=R03*（K1Pj+K2Ph）/（2EI）*100%E：管材的弹性模量（MPa）K1：管道在静荷载作用下，管道垂直方向直径变形的计算系数；K2：管道在活荷载作用下，管道垂直方向直径变形的计算系数；江苏省邮电规划设计院有限责任公司Posts&TelecommunicationsPlanningandDesigningInstituteofJiangSuProvince塑料管埋深•考虑管材强度、外部荷载、土壤状况、与其它管道交叉、地下水位、冰冻情况等因素来确定。•外部荷载包括回填土的自重（静荷载）和过往车辆的重量（活荷载）。•土壤对管道的荷重，随着管顶覆土深度的增加而增加，而车辆等地面活荷载随着管顶敷土的增加而减少，其联合作用荷载应通过计算确定，结合管材强度，确定埋深。•埋深计算根据塑料管在最不理想情况下所受到的压力和塑料管的抗压强度。江苏省邮电规划设计院有限责任公司Posts&TelecommunicationsPlanningandDesigningInstituteofJiangSuProvince管道基础•1、影响地基的几个因素•（1）强度及稳定性。当地基抗剪强度不足以支撑上部结构自重及附加荷载时，地基就会产生局部或整体剪切破坏。•（2）压缩及不均匀沉降。当地基由于上部结构的自重及附加荷载作用而产生过大的压缩变形时，特别是超过管道所能允许的不均匀沉降时，则会引起管道过量下沉，接口开裂。•（3）地震造成的地基土震陷以及车辆的振动和爆破等动力荷载可能引起地基土失稳。•（4）地基渗漏量或水力比降超过容许值时，会发生水量损失或因潜蚀和管涌而可能导致管道破坏。江苏省邮电规划设计院有限责任公司Posts&TelecommunicationsPlanningandDesigningInstituteofJiangSuProvince预测荷载•绿化带：•预测荷载=静荷载Pj1=P填土+P自重=∑(ni*k*γ*h*L)+P自重=1.2*1.2*1800*H*1+ρ*t=2592H+ρ*t（kgf/m2）•ф90/96水泥管：Pj1=2592H+7.2（kgf/m2）•ф90/100PVC：Pj1=2592H+8（kgf/m2）•ф33/40硅芯管：Pj1=2592H+5.6（kgf/m2）•计算结果可知，P自重可忽略不计。为简化计算Pj=2592H江苏省邮电规划设计院有限责任公司Posts&TelecommunicationsPlanningandDesigningInstituteofJiangSuProvince预测荷载•人行道：预测荷载=静荷载+活荷载=Pj2+P人=P路面+P填土+P自重+P人=1.1*1*2400*H1*1+1.2*1.2*1800*H2*1+P自重+350（kgf/m2）（H1取0.2，则P=2592H+10+P自重+350）江苏省邮电规划设计院有限责任公司Posts&TelecommunicationsPlanningandDesigningInstituteofJiangSuProvince预测荷载•慢车道：•预测荷载=静荷载+活荷载=Pj2+26000/（（1.1547H+5.5）*（1.1547H+0.2））（kgf/m2）江苏省邮电规划设计院有限责任公司Posts&TelecommunicationsPlanningandDesigningInstituteofJiangSuProvince预测荷载•行车道：•预测荷载=静荷载+活荷载=Pj2+1.2*31200/((1.1547H+5.5)*(1.1547H+0.2))（kgf/m2）江苏省邮电规划设计院有限责任公司Posts&TelecommunicationsPlanningandDesigningInstituteofJiangSuProvince预应力计算•ф90/100PVC:σ=6*0.04752*（0.132*Pj+0.076*Ph）/0.0052=542*（0.132*Pj+0.076*Ph）•绿化带下，Ph取0，得σ=185442H安全系数取5，管材允许的弯曲受拉极限为9.27H(MPa)•慢车道下σ=185442H+1070992/((1.1547H+5.5)*(1.1547H+0.2))安全系数取5σ=9.27H+53.55/((1.1547H+5.5)*(1.1547H+0.2))目前管材允许的弯曲受拉强度最大为σmax≤80MPa江苏省邮电规划设计院有限责任公司Posts&TelecommunicationsPlanningandDesigningInstituteofJiangSuProvince直径变形率•管道在荷载作用下的直径变形率•ε=R03*（K1Pj+K2Ph）/（2EI）*100%ф90/100PVC：ε=0.0000171475*（0.132*Pj+0.076*Ph）慢车道下：ε=0.0000171475*(259.2H+1976/((1.1547H+5.5)*(1.1547H+0.2)))•安全系数取1.5，•ε=0.00002572*(342H+1976/((1.1547H+5.5)*(1.1547H+0.2)))ε5%江苏省邮电规划设计院有限责任公司Posts&TelecommunicationsPlanningandDesigningInstituteofJiangSuProvince埋深计算结果管材埋深活荷载(t)弯曲应力kgf/m2安全系数取5Mpa800.520539240.956226962047.8126.96204781直径变形率安全系数取1.5超载系数取1.20.5400.0163995740.019012826管材埋深管壁厚度管材内径活荷载(t)弯曲应力kgf/m2安全系数取5Mpa800.70.00350.1401567994.80878399740.3878.39974038直径变形率(%)%安全系数取1.5超载系数取1.20.70.00350.1252.6975612624.0463418934.503716794