埋地输水钢管壁厚确定.pdfVIP

·供水设施改造与建设及运行管理· 灞瀚■——■■图—●目■盛 勰黼躺篇孕 埋地输水钢管壁厚的确定 夏连宁 (西北钢管公司，上海201204) 摘要：钢管作为输水管道有近160年的历史。欧美大口径输水钢管在最近几十年得到了更加广泛的应 用。反观我国输水钢管的应用，无论从钢管壁厚的设计，内外防腐和阴极保护都显得落后和保守。对比我国 油气输送管在我国的快速发展，输水钢管从设计标准和规范到制造工艺和技术的差距也很大。本文通过大量 的对比和理论计算，证明减壁输水钢管(与国内现行壁厚相比)设计的合理性，为今后我国大口径输水管线 提供一个可靠的，长寿命的，更加经济的输水钢管解决方案。 关键词：输水钢管；大口径；减壁；计算；校核 我国现行的给水排水工程埋地钢管管道结构设 传统的衣阿华公式(IowaFo珊ula)提供了一个 计规程和给水排水工程结构设计手册(第二版)是 方法来评估埋地管道的覆土和地面荷载的作用。这 指导输水钢管设计的主要依据。与现行的欧美埋地 个方法利用管体的变形来确定作用在管壁的弯曲应 输水钢管的标准和规范相比，其主要的区别在于： 力。这个管壁弯曲应力结合其他应力计算来确定管 (1)埋地钢管的强度，稳定和变形计算相对保守。 体上的整个应力，并作为非常重要的安全校核依据。 “当DN≥1400mm，设计内压不大于1．0MPa，覆土管材分为刚性和柔性两种，柔性管定义为能够 厚度不大于4m时。管壁总厚度一般为管内径的1／ 变形大于2％而不致结构损坏．钢管和其他塑料管 120～1／140的范围内[1]。”目前实际使用的钢制输被认为是柔性管。水泥管和陶土管为刚性管。衣阿 M11 水管道其L／D比大多为100。美国水协AWWA华公式用于柔性管的计算。柔性管有极高的承载能 的壁厚与管径的L／D比为1／240。1／288[2l。我国的力，在竖向荷载作用下管体水平方向产生变形。回 输水钢管壁厚是美国的2倍多。(2)埋地钢管的防填土的竖向荷载的作用分析表明为管土共同作用。 腐种类和接口的类型较少，在保守的壁厚计算上还 衣阿华公式描述了这种由竖向力导致变形的管土相 要加上2mm构造厚度[3]。美国水协有14个钢管内 外防腐标准以及阴极保护规范，并不需要增加壁厚 式)在埋地柔性管道的性能研究中观察到，与刚性 补偿。由此，我国的输水钢管背上了投资成本高， 管道相比．虽然独立的柔性管道具有较小的内在刚 维护费用高和寿命低的“坏名声”，“现在，在大管 性，三边承重试验性能差，然而，在埋地后柔性管 径的输水管道工程中。PCCP已在很大程度上替代了道的测试呈现出比预期还要好的表现，他认为这不 钢管道。…”而事实上，由于近十几年PCCP管的失是出自于柔性管本身的强度．主要是依赖于侧边土 效和爆管频发，北美在新的输水管道工程中已不再 的作用。埋地柔性管抵抗竖向荷载的能力来自于管 考虑使用PCCP管。 周边的土壤。其管侧的土壤约束力限制了水平变形。 l环向弯曲应力分析 衣阿华公式当初是分析埋地管道在竖向荷载下的变 长久以来。我国输水管道的设计者都会重点考 形，管体变形示意图如图1所示。 虑埋地管道上外荷载的影响，外荷载不仅包括管道 根据斯氏环向应力与环向应变的公式推导整合 上方的土荷载。而且还包括其他动荷载，比如在公 路下方和穿越铁路等。 没有考虑内压参与应变和变形。此为管道变形受力 城镇供水增刊2014135 ．供水设施改