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水平定向钻施工作业中的有关计算-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII水平定向钻施工作业中的有关计算2007年02月12日来源：中国水协设备网[摘要]：本文结合实际施工实例，详细，全面，列举了水平定向钻施工作业中的有关计算，为施工的顺利完成提供了数据保障。
对于工程施工有重要的指导意义。
[关键词]：水平定向钻钻径轨迹计算随着全国市政建设的高速发展，市政公用设施——城市地下管线的修复更换，安装完善工作也得以高速发展。
随着人们环境意识的增强，无开挖，无污染，高速高效施工方法——水平定向钻顶管敷管法已在全国范围高速发展，水平定向钻施工企业也在全国迅速膨胀，水平定向钻施工技术，实际操作经验也逐渐提高。
为适应这样趋势，本文汇总了水平定向钻施工作业中的相关计算，与施工作业者讨论。
1 管重及回拖力计算（1）．管子重量计算：计算管子重量时，查找各种材料手册比较方便。
也可用以下公式进行计算；Q= π ( DW- S ) S γ / 1000对于钢管则用下式计算重量：Q= 0.02466 S ( DW - S )式中 Q——管子重量, ㎏/mDW——管子外径， mmS ——管子壁厚，mmγ——管子材质密度，t/m3 ，如钢取7.85，铸铁取7.2（2）．所需回拖力计算：回拖产品管线所需回拖力也就是管壁和孔壁之间摩擦力w，其由下式计算；w = [ 2 p (1 + ka) + p0 ] f L式中：w——管壁和孔壁之间摩擦力，KNp——土对每米管道压力, KN/mka——主动土压力系数，一般取0.3p0——每米管道重量 , KN/mf——管壁和孔壁之间摩擦系数 , 02~0.6L——管道长度，m由上式可知，摩擦力主要取决于土对管道压力p和摩擦系数f的大小。
土对管道压力主要与土层的性质和导向孔的曲率有关。
沙土的粘聚力小，对管道的压力大，p一般按所敷管线直径1~2倍高度土质量计算；粘性土的粘聚力大，对管道压力小，p一般按所敷管线直径0.5~1倍高度土质量计算。
钢管的应力分析和变形计算钢管是一种常用的建筑材料，它具有高强度、抗压性能强等特点，在建筑工程中扮演着重要的角色。
而在使用钢管时，钢管所承受的力量会导致钢管产生应力和变形，因此对钢管的应力分析和变形计算是非常重要的。
一、钢管的应力分析钢管所承受的力量主要有压力、弯曲力和剪切力等。
在这些力量的作用下，钢管内部会产生应力。
为了保证钢管的安全工作，需要进行应力分析。
1. 压力的作用当钢管受到垂直于其轴线方向作用的力时，钢管内部会产生等大反向的应力。
假设钢管受到的压力为P，钢管直径为d，钢管壁厚度为t，钢管的应力σ可以按以下公式计算：σ=P/(πd*t)2. 弯曲力的作用当钢管受到弯曲力作用时，钢管的弯曲应力最大。
在这种情况下，可采用莫尔-库伦公式来计算钢管的应力，公式如下：σ=M*y/I其中，M为弯曲力矩，y为点到钢管中心轴线的距离，I为钢管截面惯性矩。
3. 剪切力的作用当钢管受到剪切力作用时，钢管产生剪切变形并产生剪切应力，采用最大剪切应力理论进行计算可得：τ=F/(2A)其中，F为作用于钢管上的剪切力，A为钢管的横截面积。
二、钢管的变形计算钢管受到力量作用时，其会产生变形。
变形计算是为保证钢管在受力的过程中不超过允许变形量所必需的计算。
1. 弹性变形计算钢管在受到作用力时会产生弹性变形。
当钢管的受力时限制在弹性范围内，可采用胡克定律进行弹性变形的计算。
假设当钢管受力后变形量为ΔL，弹性模量为E，作用力为P，则弹性变形量可按照以下公式进行计算：ΔL=PL/(AE)2. 塑性变形计算当钢管受到的力量超出了材料所能承受的弹性极限后，钢管会产生塑性变形。
而塑性变形后的钢管形状难以计算，因此在进行变形计算时通常采用杆件理论进行处理。
杆件理论根据杆件的几何形状、材料和作用力进行杆件弯曲变形和剪切变形的计算，由于钢管直径较小，通常将钢管视为杆件。
在杆件弯曲变形计算中，采用冯·米塞斯的应变能理论和极大应力原理进行计算；在杆件剪切变形计算中，采用科西桥公式进行计算，同时应注意剪应力不应超出材料的剪切强度。
输水管道穿越沁河定向钻回拖力计算及应力分析发表时间：2017-09-19T10:07:54.647Z 来源：《防护工程》2017年第12期作者：袁清超1 徐学红2 尹言1 蔡利民1 李彬1 [导读] 通过不同方法的计算和分析，本工程选用吨位500t的拖拉设备是合理的，同时管道材料、规格的选择也是合理和安全的。
1.河南省水利勘测设计研究有限公司河南郑州 450016；2.河南牧业经济学院河南郑州 450044摘要：通过对焦作引黄入焦引水干渠穿越沁河定向钻工程回拖力计算模型及计算方法进行分析，提出了本工程水平定向钻穿越回拖力的确定采用《油气输送管道穿越工程设计规范》公式法和有限元仿真模拟法分别进行分析；通过计算分析，得出了两种不同的回拖力数值和管道应力成果，两种成果相互补充、相互验证，为类似穿越工程的回拖力确定及管道应力验算提供借鉴。
关键词：水平定向钻；穿越沁河；回拖力计算；管道应力中图分类号：TU28；TV672 文献标志码：A1 工程概况焦作市引黄入焦引水干渠穿越沁河工程场区地层为第四系冲积物，自上而下分别为层粉砂、层砂壤土、重粉质壤土。
穿越处河道堤距在835~980m之间，根据河道管理部门的相关要求，穿越建筑物埋深须在堤脚地面以下30m以上，工程设计通过方案比选，确定引水干渠穿越沁河采用水平定向钻穿越方案。
定向钻管身采用两条Φ1016mm直缝钢管（L485），入土、出土点间水平距离1750m，其中管道水平段长1090m，埋深33m；管道进出口曲线段转弯半径均为1600m。
定向钻入土点位于沁河左堤外，距大堤外坡脚370m，入土点高程97.0m，入土角8°；出土点位于沁河右堤外，距大堤外坡脚290m，出土点高程98.0m，出土角7°。
2 计算方法选择水平定向钻施工过程一般可以分为钻导向孔、扩孔和管道回拖3个阶段[1]。
引黄入焦定向钻穿越工程穿越距离长，管径大，建设过程存在导向控制、钻孔稳定、冒浆控制以及长距离回拖等技术难题，定向钻穿越时回拖力的确定，是选择回拖设备、制定施工方案的一项重要依据。
第一章总则第1.0.1条管道应力计算的任务是：验算管道在内压、自重和其它外载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时所产生的二次应力，以判明所计算的管道是否安全、经济、合理以及管道对设备的推力和力矩是否在设备所能安全承受的范围内。
第1.0.2条本规定适用于以低碳钢、低合金钢和高铬钢为管材的火力发电厂汽水管道的应力计算。
油、空气介质的管道应力计算，可参照本规定执行。
核电站常规岛部分管道应力计算，可参照本规定执行。
第1.0.3条管道的热胀应力按冷热态的应力范围验算。
管道对设备的推力和力矩按在冷状态下和在工作状态下可能出现的最大值分别进行验算。
第1.0.4条恰当的冷紧可减少管道运行初期的热态应力和管道对端点的热态推力，并可减少管系的局部过应变。
冷紧与验算的应力范围无关。
第1.0.5条进行管系的挠性分析时，可假定整个管系为弹性体。
第1.0.6条使用本规定进行计算的管道，其设计还应遵守《火力发电厂汽水管道设计技术规定》。
管道零件和部件的结构、尺寸、加工等，应符合《火力发电厂汽水管道零件及部件典型设计》的要求。
第二章钢材的许用应力第2.0.1条钢材的许用应力，应根据钢材的有关强度特性取下列三项中的最小值：σb20/3，σs t/1.5或σs t(0.2%)/1.5，σD t/1.5其中σb20——钢材在20℃时的抗拉强度最小值（MPa）；σs t——钢材在设计温度下的屈服极限最小值（MPa）；σs t(0.2%)——钢材在设计温度下残余变形为0.2%时的屈服极限最小值（MPa）；σD t——钢材在设计温度下105h持久强度平均值。
常用钢材的许用应力数据列于附录A。
国产常用钢材和附表中所列的德国钢材的许用应力按本规定的安全系数确定。
美国钢材的许用应力摘自美国标准ASME B31.1。
对于未列入附录A的钢材，如符合有关技术条件可作为汽水管道的管材时，它的许用应力仍按本规定计算。
第三章管道的设计参数第3.0.1条设计压力的取用管道设计压力（表压）系指管道运行中内部介质最大工作压力。
水平定向钻施工作业中的有关计算2007年02月12日来源：中国水协设备网[摘要]：本文结合实际施工实例，详细，全面，列举了水平定向钻施工作业中的有关计算，为施工的顺利完成提供了数据保障。
对于工程施工有重要的指导意义。
[关键词]：水平定向钻钻径轨迹计算随着全国市政建设的高速发展，市政公用设施——城市地下管线的修复更换，安装完善工作也得以高速发展。
随着人们环境意识的增强，无开挖，无污染，高速高效施工方法——水平定向钻顶管敷管法已在全国范围高速发展，水平定向钻施工企业也在全国迅速膨胀，水平定向钻施工技术，实际操作经验也逐渐提高。
为适应这样趋势，本文汇总了水平定向钻施工作业中的相关计算，与施工作业者讨论。
1 管重及回拖力计算（1）．管子重量计算：计算管子重量时，查找各种材料手册比较方便。
也可用以下公式进行计算；Q= π ( DW- S ) S γ / 1000对于钢管则用下式计算重量：Q= 0.02466 S ( DW - S )式中Q——管子重量, ㎏/mDW——管子外径，mmS ——管子壁厚，mmγ——管子材质密度，t/m3 ，如钢取7.85，铸铁取7.2（2）．所需回拖力计算：回拖产品管线所需回拖力也就是管壁和孔壁之间摩擦力w，其由下式计算；w = [ 2 p (1 + ka) + p0 ] f L式中：w——管壁和孔壁之间摩擦力，KNp——土对每米管道压力, KN/mka——主动土压力系数，一般取0.3p0——每米管道重量, KN/mf——管壁和孔壁之间摩擦系数, 02~0.6L——管道长度，m由上式可知，摩擦力主要取决于土对管道压力p和摩擦系数f的大小。
土对管道压力主要与土层的性质和导向孔的曲率有关。
沙土的粘聚力小，对管道的压力大，p一般按所敷管线直径1~2倍高度土质量计算；粘性土的粘聚力大，对管道压力小，p一般按所敷管线直径0.5~1倍高度土质量计算。
导向孔的曲率半径R对p影响也较大，但当R﹥1200D（D为管线直径）时，可以不考虑其影响。
管材环应力计算公式
管材环应力计算公式是指计算管道在内压作用下产生的环向应力大小的公式。
在工程设计中，为了保证管道的安全可靠，需要对管道的环向应力进行计算和分析。
以下是管材环应力计算公式的详细介绍：
1. 管材环向应力计算公式
管道在内压作用下产生的环向应力大小可以通过以下公式进行计算：
σh = (pd)/(2t)
其中，σh为管道的环向应力，p为管道内部的压力，d为管道的外径，t为管道的壁厚。
2. 管材环向应力计算公式的推导
管道在内压作用下产生的环向应力大小与管道的几何形状、材料力学性质以及内部压力等因素有关。
下面是管材环向应力计算公式的推导过程：
首先，根据静力学原理，管道内部的压力会产生一个向外的力，该力的大小等于压力乘以管道的横截面积。
因此，管道内部的压力可以表示为：
F = pdA
其中，F为管道内部的力，A为管道的横截面积。
其次，由于管道是一个圆筒形结构，因此在内部压力的作用下，管道会产生一个环向应力。
该环向应力的大小等于管道内部的力除以管道的横截面积。
因此，管道的环向应力可以表示为：
σh = F/A = pd/(πd^2/4) = (4pd)/(πd^2)
将管道的外径d表示为管道的内径加上两倍的壁厚，即d = di + 2t，其中di 为管道的内径，t为管道的壁厚。
则上式可以进一步化简为：
σh = (pd)/(2t)
综上所述，管材环向应力计算公式可以通过静力学原理和管道的几何形状、材料力学性质以及内部压力等因素进行推导。
管道应力与弯矩公式一、管道应力公式1.应力介绍管道应力是指管道中的内外力作用在管道单位面积上产生的应力。
根据力学原理，管道应力可分为轴向应力、周向应力和切向应力。
-轴向应力：即沿着管道轴线方向作用的应力，可以是拉应力或压应力。
-周向应力：即垂直于管道轴向方向作用的应力，通常是均匀的。
-切向应力：即沿着管道轴的切面方向作用的应力，主要是由弯曲引起的。
2.压力应力公式对于内外径较小的管道，其中流体压力几乎沿着周向均匀分布，可以使用以下公式计算管道的轴向应力和周向应力。
-轴向应力（法向应力）：σ=（PD）/2t其中，σ为轴向应力（法向应力），P为管道内部或外部压力，D为管道外径，t为管道壁厚。
-周向应力（切向应力）：τ=（PD）/4t其中，τ为周向应力（切向应力），P为管道内部或外部压力，D为管道外径，t为管道壁厚。
3.弯曲应力公式管道在使用过程中常会受到弯曲力的作用，因此需要计算弯曲应力。
常用的弯曲应力公式有以下两种形式。
-弯矩法：σ=（Mc）/t其中，σ为管道弯矩引起的应力，M为管道上的弯矩，c为管道截面位置离中性轴距离，t为管道壁厚。
-斜率法：σ = （Myc）/ I其中，σ为管道弯矩引起的应力，M为管道上的弯矩，y为管道截面位置离中心轴距离，I为管道截面抵抗弯曲形变的特性，也被称为截面惯性矩。
二、弯矩公式1.弯矩简介弯矩是指管道上由于外力作用而引起的弯曲形变。
弯矩大小与外力的大小和作用点处距离管道支承位置的距离有关。
-弯矩大小与力的大小成正比。
-弯矩大小与力臂（作用点到管道支承位置的距离）成反比。
2.弯矩计算公式计算弯矩需要以下两个参数：加载力和力臂长度。
-弯矩公式：M=F*d其中，M为弯矩，F为加载力，d为力臂长度。
在实际应用中，弯矩的大小与弯曲形变有关，在管道设计中需要根据工作条件和载荷确定合适的弯矩系数。
三、应力与弯矩的应用1.管道设计：利用应力与弯矩公式可以计算管道受力情况，确定合适的管道材料和尺寸，保证管道的安全性能。
方钢管应力计算公式
方钢管的应力计算公式主要涉及到弯矩、截面性能参数和材料弹性模量等。
以下是方钢管的应力计算公式。
1.大致应力计算公式：
方钢管的应力可通过以下公式计算：
σ=M/W
其中
σ为方钢管的应力（MPa）
M 为作用在截面上的弯矩（N·mm）
W 为方钢管的截面性能参数，由几何性质决定（mm³）。
2.弯曲应力计算公式：
方钢管在受到弯曲作用时，应力计算公式如下：
σ=M·y/I
其中
σ为方钢管的应力（MPa）
M 为作用在截面上的弯矩（N·mm）
y 为离中性轴距离（mm）
I 为方钢管的截面惯性矩（mm⁴）。
3.材料的应力-应变关系：
方钢管的应力-应变关系可以使用胡克定律来描述，其公式如下：
σ=E·ε
其中
σ为方钢管的应力（MPa）
E为方钢管的弹性模量（MPa）
ε为方钢管的应变。
方钢管的弹性模量通常可以在材料手册上找到，它是材料表征其刚度
和弹性特性的重要参数。
需要注意的是，方钢管的应力计算公式可能会因材料和截面形状的不
同而有所变化。
因此，在具体计算方钢管应力时，应根据具体的材料性质
和截面性能参数选择适用的计算公式。
综上所述，方钢管的应力计算公式包括大致应力计算公式、弯曲应力
计算公式以及材料的应力-应变关系。
这些公式在工程实践中被广泛应用，能够提供准确的应力值，帮助工程师进行合理设计和计算。
