城镇供热直埋热水管道技术规程CJJT 81-2013

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中华人民共和国行业标准 城镇供热直埋热水管道技术规程 Technical specification for directly buried hot-water heating pipeline in city CJJ/T 81-2013 批准部门中华人民共和国住房和城乡建设部 施行日期2014年2月1日 中华人民共和国住房和城乡建设部公告 第91号 住房城乡建设部关于发布行业标准城镇供热直埋热水管道技术规程的公告 现批准城镇供热直埋热水管道技术规程为行业标准,编号为CJJ/T 81-2013,自2014年2月1 日起实施。原行业标准城镇直埋供热管道工程技术规程CJJ/T 81-98同时废止。 本规程由我部标准定额研究所组织中国建筑工业出版社出版发行。 中华人民共和国住房和城乡建设部 2013年7月26日 前 言 根据原建设部关于印发的通知建标 [2007]125号的要求,规程编制组经广泛调查研究,认真总结实践经验,参考有关国外的先进标准, 并在行业标准城镇直埋供热管道工程技术规程CJJ/T 81-98和广泛征求意见的基础上,修订本规 程。 本规程主要技术内容是1 总则;2 术语和符号;3 保温管及管件;4 管道布置与敷设;5 管道 应力验算;6 固定墩设计;7 管道施工与验收;8 运行与维护。 本次修订的主要内容为 1 对适用范围进行调整,扩大了管径的范围; 2 增加管道保温计算; 3 对摩擦力计算、管道局部稳定验算、固定墩设计进行调整; 4 增加运行与维护章节; 5 删除了原规程附录D三通加固方案。 本规程由住房和城乡建设部负责管理,由城市建设研究院负责具体技术内容的解释。请各单位在 执行本规程过程中,注意总结经验,积累资料,随时将有关意见和建议寄交城市建设研究院地址 北京市德胜门外大街36号;邮政编码100120。 本规程主编单位城市建设研究院 北京市煤气热力工程设计院有限公司 本规程参编单位中国市政工程华北设计研究院 太原理工大学 页码,1/81 1 哈尔滨工业大学 太原市热力公司 北京特泽热力工程设计有限责任公司 北京豪特耐管道设备有限公司 昊天节能装备股份有限公司 中国石化集团上海工程有限公司 天津市管道工程集团有限公司保温管厂 大连科华热力管道有限公司 唐山兴邦管道工程设备有限公司 大连开元热力仪表管道有限公司 上海科华热力管道有限公司 北京市鼎超供热管有限公司 江苏地龙管业有限公司 天津开发区泰达保温材料有限公司 双鸭山龙唐管道工程有限公司 河北华热工程设计有限公司 河北金润热力燃气工程设计咨询有限公司 天津建塑供热管道设备工程有限公司 大连新光管道制造有限公司 江苏宏鑫管道工程设计有限公司 河北华孚管道防腐保温有限责任公司 本规程主要起草人冯继蓓杨健 杨良仲 王淮 王飞邹平华张建伟贾震 刘芃刘世宇 牛小化 钱琦 贾丽华 郑中胜 方向军 周曰从 邱华伟杨秋 丛树界 陈雷 陆君利 包卫军 瞿桂然 王忠生 张 骐 王向东 于春清 于宁 宋章根 邵秋 王瑨 本规程主要审查人闻作祥 郭华 姚约翰 路建初 刘广清 梁鹂 于黎明 王胜华杨铁荣 郭幼农 张书忱 1 总则 1.0.1 为规范城镇供热直埋热水管道工程的设计、施工、验收和运行管理,制定本规程。 1.0.2 本规程适用于新建、改建、扩建的设计温度小于或等于150℃、设计压力小于或等于2. 5MPa、管道公称直径小于或等于1200mm城镇供热直埋热水管道的设计、施工、验收和运行管理。 1.0.3 在地震、湿陷性黄土、膨胀土等地区,供热直埋热水管道工程除应符合本规程外,还应符合 现行国家标准室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范GB 50032、湿陷性黄土地区建筑规 范GB 50025和膨胀土地区建筑技术规范GB 50112的相关规定。 1.0.4 城镇供热直埋热水管道工程的设计、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 术语和符号 2.1 术语 页码,2/81 2 2.1.1 直埋热水管道 directly buried heating pipeline 工作管、保温层、外护管形成整体保温结构,直接埋设于土壤中的预制保温管道。 2.1.2 屈服温差 temperature difference of yielding 管道在伸缩完全受阻的工作状态下,工作管管材开始屈服时的温度与安装温度之差。 2.1.3 活动端 free end 管道上安装补偿器和弯管等能补偿热位移的部位。 2.1.4 固定点fixed point 管道上采用强制固定措施不能发生位移的点。 2.1.5 锚固点natural fixed point 管道温度升高或降低到某一定值时,直线管道上发生热位移和不发生热位移管段的自然分界点。 2.1.6 驻点stagnation point 两端为活动端的直线管段,当管道温度变化且全线管道产生朝向两端或背向两端的热位移,管道 上位移为零的点。 2.1.7 锚固段 fully restrained section 管道温度发生变化时,不产生热位移的管段。 2.1.8 过渡段 partly restrained section 管段一端为固定点或驻点或锚固点,另一端为活动端,当管道温度变化时,能产生热位移的管 段。 2.1.9 单位长度摩擦力 friction of unit lengthwise pipeline 保温管与土壤沿管道轴线方向单位长度的摩擦力。 2.1.10 弯头变形段长度 length of expansion leg 管道温度变化时,弯头两臂产生侧向位移的管段长度。 2 术语和符号 2.1 术语 2.1.1 直埋热水管道 directly buried heating pipeline 工作管、保温层、外护管形成整体保温结构,直接埋设于土壤中的预制保温管道。 2.1.2 屈服温差 temperature difference of yielding 管道在伸缩完全受阻的工作状态下,工作管管材开始屈服时的温度与安装温度之差。 2.1.3 活动端 free end 管道上安装补偿器和弯管等能补偿热位移的部位。 页码,3/81 3 2.1.4 固定点fixed point 管道上采用强制固定措施不能发生位移的点。 2.1.5 锚固点natural fixed point 管道温度升高或降低到某一定值时,直线管道上发生热位移和不发生热位移管段的自然分界点。 2.1.6 驻点stagnation point 两端为活动端的直线管段,当管道温度变化且全线管道产生朝向两端或背向两端的热位移,管道 上位移为零的点。 2.1.7 锚固段 fully restrained section 管道温度发生变化时,不产生热位移的管段。 2.1.8 过渡段 partly restrained section 管段一端为固定点或驻点或锚固点,另一端为活动端,当管道温度变化时,能产生热位移的管 段。 2.1.9 单位长度摩擦力 friction of unit lengthwise pipeline 保温管与土壤沿管道轴线方向单位长度的摩擦力。 2.1.10 弯头变形段长度 length of expansion leg 管道温度变化时,弯头两臂产生侧向位移的管段长度。 2.2 符 号 A工作管管壁的横截面积; a沟槽底宽度; B管道壁厚负偏差附加值; C土壤横向压缩反力系数; c安装工作宽度; Dc外护管外径; Di工作管内径; Do工作管外径; Dw保温层外径; E钢材的弹性模量; Ea主动土压力; Ep被动土压力; e供、回水管中心线距离; F单位长度摩擦力; Ff活动端对管道伸缩的阻力; Fmax单位长度最大摩擦力; Fmin单位长度最小摩擦力; Fa、Fb驻点两侧活动端对管道伸缩的阻力; 页码,4/81 4 ƒ地基承载力设计值; ƒ1、ƒ2、ƒ3固定墩底面、侧面及顶面与土壤的摩擦力; ƒo初始挠度; G包括介质在内的保温管单位长度自重; Gg固定墩自重; G1固定墩上部覆土重; GW单位长度管道上方的土层重量; g重力加速度; H管道中心线覆土深度; Hl管道当量覆土深度; Hw地下水位线深度; b、d、h固定墩宽、厚、高尺寸; h1固定墩顶面至地面的距离; h2固定墩底面至地面的距离; Ip直管工作管横截面的惯性矩; Ib弯头工作管横截面的惯性矩; K抗滑移系数; Ks被动土压力折减系数; K′弯头工作管柔性系数; K0土壤静压力系数; Kov抗倾覆系数; k与土壤特性和管道刚度有关的参数; L设计布置的过渡段长度; L′过渡段内计算截面距活动端的距离; Lmax直管段的过渡段最大长度; Lmin直管段的过渡段最小长度; Lpr预热管段长度; Ls一次性补偿器到固定点或驻点的距离; ΔLs一次性补偿器的计算预热伸长量; le弯头变形段长度; lt.max转角管段的过渡段最大长度; lt.min转角管段的过渡段最小长度; lt转角管段循环工作的过渡段长度; lc1、lc2转角管段的计算臂长; ltd竖向转角管段的变形段长度; l、l1、l2设计布置的管段长度; la、lb驻点两侧过渡段长度; lcm转角管段的平均计算臂长; Δl管段的热伸长量; Δld计算截面的热位移量; Δla假设过渡段的热伸长量; Δl′固定墩微量位移量; Δlp过渡段的塑性压缩变形量; M弯头的弯矩变化范围; 页码,5/81 5 Na锚固段的轴向力; Nb弯头两侧计算臂长相等时的轴向力; Ns竖向转角管段弯头的轴向力; N1弯头两侧计算臂长不等时,lc1侧的轴向力; N2弯头两侧计算臂长不等时,lc2侧的轴向力; Npmax管道的最大轴向力; Ntmax过渡段内计算截面的最大轴向力; Ntmin过渡段内计算截面的最小轴向力; n屈服极限增强系数; P土压力; Pd管道计算压力; Q作用在单位长度管道上的垂直分布荷载; qs供水管单位长度热损失; qr回水管单位长度热损失; R弯头的曲率半径; Rh附加热阻; Rg土壤热阻; Rt保温材料热阻; R0土壤表面换热热阻; r工作管平均半径; rbm弯头工作管横截面的平均半径; rbo弯头工作管横截面的外半径; rbi弯头工作管横截面的内半径; SF单位长度管道上方土体的剪切力; s两管道之间的净距; T固定墩、固定支架承受的推力; T′固定墩承受推力减小值; Ts预热管段对固定墩的推力; ΔTy工作管屈服温差; t0管道计算安装温度; tg管道中心线的自然地温; t′g计算点的土壤温度; tws供水管保温层外表面温度; twr回水管保温层外表面温度; ts计算供水温度; tr计算回水温度; t1管道工作循环最高温度; t2管道工作循环最低温度; ti预热开始前的管道温度; W管顶单位面积上总垂直荷载; x计算点与供水管中心线的水平距离; X2被动土压力作用点至固定墩底面的距离; X1主动土压力作用点至固定墩底面的距离; ΔX工作管径向最大变形量; 页码,6/81 6 y计算点的覆土深度; Y温度修正系数; α钢材的线膨胀系数; βb弯头平面弯曲环向应力加强系数; χ管道壁厚负偏差系数; δ工作管公称壁厚; δb弯头工作管的公称壁厚; δm工作管最小壁厚; γs安全系数; φ回填土的内摩擦角; η许用应力修正系数; λ弯头工作管的尺寸系数; λg土壤导热系数; λt保温材料在运行温度下的导热系数; μ摩擦系数; ρ土密度; ρsw地下水位线以下的土壤有效密度; 转角管段的折角; υ钢材的泊松系数; [σ]钢材的许用应力; σb钢材的抗拉强度最小值; σj内压、热胀应力的当量应力变化范围; σs钢材的屈服极限最小值; σt管道内压引起的环向应力; σv管道中心线处土壤应力; σbt弯头在弯矩作用下最大环向应力变化幅度; σpt弯头在内压作用下的最大环向应力; σmax固定墩底面对土壤的最大压应力。 3 保温管及管件 3.1 一般规定 3.1.1 保温管及管件应为工作管、保温层、外护管为一体的工厂预制的产品。 3.1.2 在设计温度下和使用年限内,保温管和管件的保温结构不得损坏,保温管的最小轴向剪切强 度不应小于0.08MPa。 3.1.3 当工作管使用钢管、外护管使用高密度聚乙烯、保温材料使用硬质聚氨酯泡沫塑料时,保温 管及管件应符合现行国家标准高密度聚乙烯外护管硬质聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管及管件 GB/T 29047的相关规定;当工作管使用钢管、外护管使用玻璃钢、保温材料使用硬质聚氨酯泡沫塑料 时,保温管应符合现行行业标准玻璃纤维增强塑料外护层聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管CJ/T 129的相关规定。 3.1.4 工作管弯头可采用锻造、热煨或冷弯制成,不得使用由直管段做成的斜接缝弯头。弯头的最 页码,7/81 7 小壁厚不得小于直管段壁厚。 3.1.5 工作管三通宜采用锻压、拔制制成。三通主管和支管任意点的壁厚不应小于对应焊接的直管 壁厚。 3.1.6 工作管异径管应采用同心异径管,异径管圆锥角不应大于20。异径管壁厚不应小于直管道 的壁厚。 3.1.7 保温层厚度应符合设计规定,并应保证运行时外护管表面温度小于50℃。 3.1.8 外护管两端应切割平整,并应与外护管轴线垂直,角度误差不应大于2.5。保温管件外护 管的材质应与直管段外护管相同,厚度不应小于直管段外护管的厚度。 3.1.9 保温管道工程宜设置泄漏监测系统,泄漏监测系统应与管网同时设计、施工及验收。当管网 设计发生变更时,应同时进行泄漏监测系统的设计变更。 3 保温管及管件 3.1 一般规定 3.1.1 保温管及管件应为工作管、保温层、外护管为一体的工厂预制的产品。 3.1.2 在设计温度下和使用年限内,保温管和管件的保温结构不得损坏,保温管的最小轴向剪切强 度不应小于0.08MPa。 3.1.3 当工作管使用钢管、外护管使用高密度聚乙烯、保温材料使用硬质聚氨酯泡沫塑料时,保温 管及管件应符合现行国家标准高密度聚乙烯外护管硬质聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管及管件 GB/T 29047的相关规定;当工作管使用钢管、外护管使用玻璃钢、保温材料使用硬质聚氨酯泡沫塑料 时,保温管应符合现行行业标准玻璃纤维增强塑料外护层聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管CJ/T 129的相关规定。 3.1.4 工作管弯头可采用锻造、热煨或冷弯制成,不得使用由直管段做成的斜接缝弯头。弯头的最 小壁厚不得小于直管段壁厚。 3.1.5 工作管三通宜采用锻压、拔制制成。三通主管和支管任意点的壁厚不应小于对应焊接的直管 壁厚。 3.1.6 工作管异径管应采用同心异径管,异径管圆锥角不应大于20。异径管壁厚不应小于直管道 的壁厚。 3.1.7 保温层厚度应符合设计规定,并应保证运行时外护管表面温度小于50℃。 3.1.8 外护管两端应切割平整,并应与外护管轴线垂直,角度误差不应大于2.5。保温管件外护 管的材质应与直管段外护管相同,厚度不应小于直管段外护管的厚度。 页码,8/81 8 3.1.9 保温管道工程宜设置泄漏监测系统,泄漏监测系统应与管网同时设计、施工及验收。当管网 设计发生变更时,应同时进行泄漏监测系统的设计变更。 3.2 保温计算 3.2.1 直埋保温管的保温厚度应符合下列规定 1 保温层外表面温度应进行验算,且应小于50℃; 2 当直埋保温管周围设施或环境条件对温度有要求时,应对温度场进行验算。 3.2.2 计算保温层厚度时选用的自然地温数据,可按本规程附录A选取。 3.2.3 管道的热损失应按下列公式计算 式中qs供水管单位长度热损失W/m; qr回水管单位长度热损失W/m; ts计算供水温度℃; tr计算回水温度℃; tg管道中心线的自然地温℃; Rg土壤热阻[mK/W]; Rt保温材料热阻[mK/W] Rh附加热阻[mK/W]; R0土壤表面换热热阻,可取0.0685[m2K/W]; λg土壤导热系数[W/mK],应取实测数据。估算时湿土可取1.5~2W/mK,干沙可 取1W/mK; λt保温材料在运行温度下的导热系数[W/mK]; H管道中心线覆土深度m; Hl管道当量覆土深度m; Dw保温层外径m; Do工作管外径m; e供、回水管中心线距离m。 页码,9/81 9 3.2.4 保温层外表面温度应按下式计算 tws=ts-qsRt 3.2.4-1 twr=tr-qrRt 3.2.4-2 式中tws供水管保温层外表面温度℃; twr回水管保温层外表面温度℃; qs供水管单位长度热损失W/m; qr回水管单位长度热损失W/m; ts计算供水温度℃; tr计算回水温度℃; Rt保温材料热阻[mK/W]。 3.2.5 保温管周围土壤温度可按下式计算 式中t′g计算点的土壤温度℃; tg管道中心线的自然地温℃; qs供水管单位长度热损失W/m; qr回水管单位长度热损失W/m; λg土壤导热系数[W/mK]; x计算点与供水管中心线的水平距离; y计算点的覆土深度; H管道中心线覆土深度m; e供、回水管中心线距离m。 4 管道布置与敷设 4.1 管道布置 4.1.1 管道的布置应符合现行行业标准城镇供热管网设计规范CJJ 34的相关规定。 4.1.2 直埋热水管道与设施的净距应符合表4.1.2的规定 表4.1.2 直埋热水管道与设施的净距 页码,10/81 10 注直埋热水管道与电缆平行敷设时,电缆处的土壤温度与月平均土壤自然温度比较,全年任何时 候, 对于10kV的电缆不高出10℃;对于35kV~110kV的电缆不高出5℃时,可减少表中所列净距。 4.1.3 直埋热水管道的最小覆土深度应符合表4.1.3的规定,同时应进行稳定验算。 表4.1.3 直埋热水管道的最小覆土深度 页码,11/81 11 4.1.4 管道穿越水面的布置应符合现行行业标准城镇供热管网设计规范CJJ 34的相关规定。 4 管道布置与敷设 4.1 管道布置 4.1.1 管道的布置应符合现行行业标准城镇供热管网设计规范CJJ 34的相关规定。 4.1.2 直埋热水管道与设施的净距应符合表4.1.2的规定 表4.1.2 直埋热水管道与设施的净距 页码,12/81 12 注直埋热水管道与电缆平行敷设时,电缆处的土壤温度与月平均土壤自然温度比较,全年任何时 候, 对于10kV的电缆不高出10℃;对于35kV~110kV的电缆不高出5℃时,可减少表中所列净距。 4.1.3 直埋热水管道的最小覆土深度应符合表4.1.3的规定,同时应进行稳定验算。 表4.1.3 直埋热水管道的最小覆土深度 4.1.4 管道穿越水面的布置应符合现行行业标准城镇供热管网设计规范CJJ 34的相关规定。 4.2 管道敷设 4.2.1 管道的敷设坡度不宜小于2‰,进入建筑物的管道宜坡向干管。管道的高处宜设放气阀,低 处宜设放水阀。直接埋地的放气管、放水管与管道有相对位移处应采取保护措施。 4.2.2 管道应利用转角自然补偿。 4.2.3 转角管段的臂长应大于或等于弯头变形段长度。弯头变形段长度应按下列公式计算 式中le弯头变形段长度m; k与土壤特性和管道刚度有关的参数1/m; Dc外护管外径m; C土壤横向压缩反力系数N/m3; E钢材的弹性模量MPa; Ip直管工作管横截面的惯性矩m4。 页码,13/81 13 4.2.4 “Z”形、“П”形补偿管段可分割成两个转角管段,每个转角管段的臂长均应大于或等于管 道的弯头变形段长度图4.2.4。 图4.2.4 转角管段布置示意图 4.2.5 管道小角度折角不大于表4.2.5的规定时,可视为直管段。 表4.2.5 可视为直管段的最大折角 4.2.6 管道的折角β大于本规程表4.2.5的规定时,可采取下列处理措施 1 采用弯管图4.2.6-a; 页码,14/81 14 图4.2.6 管道的转角处理示意图 2 将大折角β分解为几个小折角α图4.2.6-b; 3 串联2个弯头,将大折角β转化为“Z”形管段图4.2.6-c; 4 串联4个弯头,将大折角β转化为“П”形管段图4.2.6-d; 5 一个小折角α串联一个弯头,取代大折角β图4.2.6-e; 6 串联3个弯头,将大折角β分解为2个“L”形管段图4.2.6-f; 7 串联4个弯头,将大折角β分解为“Z”形和“L”形管段图4.2.6-g。 4.2.7 直埋管道分支点干管的轴向热位移量不宜大于50mm。 4.2.8 公称直径小于或等于500mm的支管可从干管直接引出,在支管上应设固定墩或轴向补偿器或 弯管补偿器,并应符合下列规定 1 分支点至支管上固定墩的距离不宜大于9m; 2 分支点至支管上轴向补偿器或弯管的距离不宜大于20m; 3 分支点至支管上固定墩或弯管补偿器的距离不应小于支管的弯头变形段长度; 4 分支点至支管上轴向补偿器的距离不应小于12m。 4.2.9 轴向补偿器和管道轴线应一致,轴向补偿器与分支点、转角、变坡点的距离不应小于管道弯 头变形段长度的1.5倍,且不应小于12m。 4.3 管道附件与设施 4.3.1 管道附件与设施的布置和敷设应符合现行行业标准城镇供热管网设计规范CJJ 34的相关 规定。 4.3.2 阀门应采用能承受管道轴向荷载的钢制焊接阀门。 4.3.3 补偿器、异径管等管道附件应采用焊接连接,补偿器宜设在检查室内。 页码,15/81 15 4.3.4 当管道由直埋敷设转至其他敷设方式,或进入检查室时,直埋保温管保温层的端头应封闭。 4.3.5 异径管或壁厚变化处,应设补偿器或固定墩,固定墩应设在大管径或壁厚较大一侧。 4.3.6 三通、弯头等应力比较集中的部位应进行验算,不能满足要求时,可采取设置固定墩或补偿 器等保护措施。 4.3.7 当需要减小管道对固定墩的推力时,可采取设置补偿器或对管道进行预热处理等措施。 4.3.8 固定墩处应采取防腐绝缘措施,钢管、钢架不应裸露。 5 管道应力验算 5.1 一般规定 5.1.1 管道的应力验算应采用应力分类法,并应符合下列规定 1 一次应力的当量应力不应大于钢材的许用应力; 2 一次应力和二次应力的当量应力变化范围不应大于3倍钢材的许用应力; 3 局部应力集中部位的一次应力、二次应力和峰值应力的当量应力变化幅度不应大于3倍钢材的 许用应力。 5.1.2 进行管道应力计算时,计算参数应按下列规定取值 1 计算压力应取管道设计压力; 2 工作循环最高温度应取供热管网设计供水温度; 3 工作循环最低温度,对于全年运行的管道应取30℃,对于只在采暖期运行的管道应取10℃; 4 计算安装温度应取安装时的最低温度; 5 计算应力变化范围时,计算温差应采用工作循环最高温度与工作循环最低温度之差; 6 计算轴向力时,计算温差应采用工作循环最高温度与计算安装温度之差。 5.1.3 保温管与土壤之间的单位长度摩擦力应按下式计算 式中F单位长度摩擦力N/m; μ摩擦系数; Dc外护管外径m; σv管道中心线处土壤应力Pa; G包括介质在内的保温管单位长度自重N/m; ρ土密度kg/m3,可取1800kg/m3; g重力加速度m/s2; K0土壤静压力系数; φ回填土内摩擦角,砂土可取30。 页码,16/81 16 5.1.4 土壤应力应按下列公式计算 1 当管道中心线位于地下水位以上时的土壤应力 σv=ρgH 5.1.4-1 式中σv管道中心线处土壤应力Pa; ρ土密度kg/m3,可取1800kg/m3; g重力加速度m/s2; H管道中心线覆土深度m; 2 当管道中心线位于地下水位以下时的土壤应力 σv=ρgHw+ρswgH-Hw 5.1.4-2 式中ρsw地下水位线以下的土壤有效密度kg/m3,可取1000kg/m3; Hw地下水位线深度m。 5.1.5 保温管与土壤间的摩擦系数应根据回填条件确定,可按表5.1.5采用。 表5.1.5 保温管外壳与土壤间的摩擦系数 5.1.6 管道径向位移时,土壤横向压缩反力系数宜根据当地土壤情况实测数据确定,当无实测数据 时,可按下列规定确定 1 管道水平位移时,可按1106N/m3~10106N/m3取值; 2 管道水平位移,对于粉质黏土、砂质粉土,回填密实度为90%~95%时,可按3106N/m3~4 106N/m3取值; 3 管道竖向向下位移时,可按5106N/m3~100106N/m3取值。 5.1.7 钢材的许用应力应根据钢材有关特性,取下列两式中的较小值 式中[σ]钢材的许用应力MPa; σb钢材的抗拉强度最小值MPa; σs钢材的屈服极限最小值MPa。 5 管道应力验算 回填料 摩擦系数 最大摩擦系数μmax 最小摩擦系数μmin 中砂 0.40 0.20 粉质黏土或砂质粉土 0.40 0.15 页码,17/81 17 5.1 一般规定 5.1.1 管道的应力验算应采用应力分类法,并应符合下列规定 1 一次应力的当量应力不应大于钢材的许用应力; 2 一次应力和二次应力的当量应力变化范围不应大于3倍钢材的许用应力; 3 局部应力集中部位的一次应力、二次应力和峰值应力的当量应力变化幅度不应大于3倍钢材的 许用应力。 5.1.2 进行管道应力计算时,计算参数应按下列规定取值 1 计算压力应取管道设计压力; 2 工作循环最高温度应取供热管网设计供水温度; 3 工作循环最低温度,对于全年运行的管道应取30℃,对于只在采暖期运行的管道应取10℃; 4 计算安装温度应取安装时的最低温度; 5 计算应力变化范围时,计算温差应采用工作循环最高温度与工作循环最低温度之差; 6 计算轴向力时,计算温差应采用工作循环最高温度与计算安装温度之差。 5.1.3 保温管与土壤之间的单位长度摩擦力应按下式计算 式中F单位长度摩擦力N/m; μ摩擦系数; Dc外护管外径m; σv管道中心线处土壤应力Pa; G包括介质在内的保温管单位长度自重N/m; ρ土密度kg/m3,可取1800kg/m3; g重力加速度m/s2; K0土壤静压力系数; φ回填土内摩擦角,砂土可取30。 5.1.4 土壤应力应按下列公式计算 1 当管道中心线位于地下水位以上时的土壤应力 σv=ρgH 5.1.4-1 式中σv管道中心线处土壤应力Pa; ρ土密度kg/m3,可取1800kg/m3; g重力加速度m/s2; H管道中心线覆土深度m; 2 当管道中心线位于地下水位以下时的土壤应力 σv=ρgHw+ρswgH-Hw 5.1.4-2 页码,18/81 18 式中ρsw地下水位线以下的土壤有效密度kg/m3,可取1000kg/m3; Hw地下水位线深度m。 5.1.5 保温管与土壤间的摩擦系数应根据回填条件确定,可按表5.1.5采用。 表5.1.5 保温管外壳与土壤间的摩擦系数 5.1.6 管道径向位移时,土壤横向压缩反力系数宜根据当地土壤情况实测数据确定,当无实测数据 时,可按下列规定确定 1 管道水平位移时,可按1106N/m3~10106N/m3取值; 2 管道水平位移,对于粉质黏土、砂质粉土,回填密实度为90%~95%时,可按3106N/m3~4 106N/m3取值; 3 管道竖向向下位移时,可按5106N/m3~100106N/m3取值。 5.1.7 钢材的许用应力应根据钢材有关特性,取下列两式中的较小值 式中[σ]钢材的许用应力MPa; σb钢材的抗拉强度最小值MPa; σs钢材的屈服极限最小值MPa。 5.2 管壁厚度计算 5.2.1 工作管的最小壁厚应按下式计算 式中δm工作管最小壁厚m; Pd管道计算压力MPa; Do工作管外径m; [σ]钢材的许用应力MPa; η许用应力修正系数,无缝钢管取1.0,螺旋焊缝钢管可取0.9; Y温度修正系数,可取0.4。 5.2.2 工作管的公称壁厚应按下式确定 回填料 摩擦系数 最大摩擦系数μmax 最小摩擦系数μmin 中砂 0.40 0.20 粉质黏土或砂质粉土 0.40 0.15 页码,19/81 19 δ≥δm+B 5.2.2 式中δ工作管公称壁厚m; δm工作管最小壁厚m; B管道壁厚负偏差附加值m。 5.2.3 管道壁厚负偏差附加值,应根据管道产品技术条件的规定选用,或按下列方法确定 1 钢管壁厚负偏差附加值可按下式计算 B=χδm 5.2.3 式中B管道壁厚负偏差附加值m; δm工作管最小壁厚m; χ管道壁厚负偏差系数,可按表5.2.3选取。 表5.2.3 管道壁厚负偏差系数 2 当焊接钢管产品技术条件中未提供壁厚允许负偏差值时,壁厚负偏差附加值可采用钢板厚度的 负偏差值,但壁厚负偏差附加值不得小于0.5mm。 5.3 直管段应力验算 5.3.1 工作管的屈服温差应按下列公式计算 式中ΔTy工作管屈服温差℃; α钢材的线膨胀系数[m/m℃]; E钢材的弹性模量MPa; n屈服极限增强系数,取1.3; σs钢材的屈服极限最小值MPa; υ钢材的泊松系数,取0.3; σt管道内压引起的环向应力MPa; Pd管道计算压力MPa; Di工作管内径m; δ工作管公称壁厚m。 5.3.2 直管段的过渡段长度应按下列公式计算 1 直管段过渡段最大长度 管道壁厚偏差(%) 0 -5 -8 -9 -10 -11 -12.5 -15 管道壁厚负偏差系数 0.050 0.053 0.087 0.099 0.111 0.124 0.143 0.176 页码,20/81 20 当t1-t0>ΔTy时,取t1-t0=ΔTy。 2 直管段过渡段最小长度 当t1-t0>ΔTy时,取t1-t0=ΔTy。 式中Lmax直管段的过渡段最大长度m; Lmin直管段的过渡段最小长度m; Fmax单位长度最大摩擦力N/m; Fmin单位长度最小摩擦力N/m; α钢材的线膨胀系数[m/m℃]; E钢材的弹性模量MPa; t1管道工作循环最高温度℃; t0管道计算安装温度℃; υ钢材的泊松系数,取0.3; σt管道内压引起的环向应力MPa; A工作管管壁的横截面积m2; ΔTy工作管屈服温差℃。 5.3.3 在管道工作循环最高温度下,过渡段内工作管任一截面上的最大轴向力和最小轴向力应按下 列公式计算 1 最大轴向力 Ntmax=FmaxL′+Ff 5.3.3-1 当L′≥Lmin时,取L′=Lmin。 2 最小轴向力 Ntmin=FminL′+Ff 5.3.3-2 式中Ntmax过渡段内计算截面的最大轴向力N; Ntmin过渡段内计算截面的最小轴向力N; Fmax单位长度最大摩擦力N/m; Fmin单位长度最小摩擦力N/m; L′过渡段内计算截面距活动端的距离m; Ff活动端对管道伸缩的阻力N; Lmin直管段的过渡段最小长度m。 5.3.4 在管道工作循环最高温度下,锚固段内的轴向力应按下式计算 Na=[αEt1-t0-υσt]A106 5.3.4 页码,21/81 21 当t1-t0>ΔTy时,取t1-t0=ΔTy。 式中Na锚固段的轴向力N; α钢材的线膨胀系数[m/m℃]; E钢材的弹性模量MPa; t1管道工作最高循环温度℃; t0管道计算安装温度℃; υ钢材的泊松系数,取0.3; σt管道内压引起的环向应力MPa; A工作管管壁的横截面积m2。 5.3.5 对工作管直管段的当量应力变化范围应进行验算,并应符合下列规定 1 当量应力变化范围应按下式计算 σj=1-υσt+αEt1-t2≤3[σ] 5.3.5-1 式中σj内压、热胀应力的当量应力变化范围MPa; υ钢材的泊松系数,取0.3; σt管道内压引起的环向应力MPa; α钢材的线膨胀系数[m/m℃]; E钢材的弹性模量MPa; t1管道工作循环最高温度℃; t2管道工作循环最低温度℃; [σ]钢材的许用应力MPa。 2 当不能满足公式5.3.5-1时,管系设计时不应布置锚固段,且过渡段长度应按下式计算 式中L设计布置的过渡段长度m; [σ]钢材的许用应力MPa; σt管道内压引起的环向应力MPa; A工作管管壁的横截面积m2; Fmax单位长度最大摩擦力N。 5.4 直管段局部稳定性验算 5.4.1 对由于土壤摩擦力约束热胀变形或局部沉降造成的高内力的直管段,不得出现局部屈曲、弯 曲屈曲和皱折。 5.4.2 公称直径大于500mm的管道应进行局部稳定性验算,并应符合下式计算规定 页码,22/81 22 式中Do工作管外径m; δ工作管公称壁厚m; α钢材的线膨胀系数[m/m℃]; E钢材的弹性模量MPa; t1管道工作循环最高温度℃; t0管道计算安装温度℃; υ钢材的泊松系数,取0.3; Pd管道计算压力MPa。 5.4.3 对于承受较大静土压和机动车动土压的管道不得出现径向失稳。 5.4.4 公称直径大于500mm的管道应按下列公式进行径向稳定性验算 式中ΔX工作管径向最大变形量m; W管顶单位面积上总垂直荷载kPa,包括管顶垂直土荷载和地面车辆传递到钢管上的荷 载,直埋管道管顶单位面积上总垂直荷载应符合表5.4.4的规定; Do工作管外径m; E钢材的弹性模量kPa; δ工作管公称壁厚m; r工作管平均半径m。 表5.4.4 直埋管道管顶单位面积上总垂直荷载 5.5 管件应力验算 5.5.1 弯头的升温弯矩及轴向力可采用有限元法计算或按本规程附录C的规定计算。 5.5.2 弯头工作管在弯矩作用下的最大环向应力变化幅度应按下列公式计算 管顶覆土深度(m) 管顶单位面积上总垂直荷载(kPa) 1.3 62 1.4 60 1.5 58 1.6 56 页码,23/81 23 式中σbt弯头在弯矩作用下最大环向应力变化幅度MPa;
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