埋地PE管道结构设计指导

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注:燃气PE管常用规格口径≤DN400,Spangler-Iowa平面分析计算模型适用于 沟埋式薄壁柔性管道受力和变形计算,不适用定向钻。
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验算结论: 1、当沟埋式PE管道管径DN≤400时,可不考虑最大弯曲 应力影响,跟CJJ101—2016中4.4.7(公称直径不大于630mm 时,管壁极限承载力强度计算中,可不考虑外载荷效应)表 述吻合。 2、验算允许变形时,埋地PE管道在车行道下的埋深不得 小于0.9m,这与施工规范要求一致。
基床夹角
表 均布竖向载荷作用下管道的基床系数和弯矩系数
0° 0.11 0.294
15° 0.108 0.235
30° 0.103 0.189
45° 0.096 0.157
60° 0.089 0.138
75° 0.085 0.128
90° 0.083 0.125
地面车载荷分析
参考《公路桥涵设计通用规范》车辆载荷的主要技术 指标,考虑载荷极限情况,取后轴重力标准值280KN,单 轮重力标准值70KN,后轮单轮着地长宽0.6*0.2m。
埋地PE管道结构设计指导
2020年03月01日
一、背景
由于聚乙烯(PE)管道的耐腐蚀、连接可靠、高韧性、经 济性等优点,广泛应用于城镇燃气、给排水行业。为确保埋地 PE燃气管道使用中的安全性、可靠性,参考有关规范资料,分 析沟埋式PE燃气管道在内压和外载荷下的受力,梳理了PE管道 结构设计要求,供JV参考学习。
二、埋地PE管道受力分析
埋地PE管道结构受力示意图
注:本文主要分析沟埋式PE管道的内压力、土壤自重及地表载荷(车载荷)对 管道结构设计的影响
2.1、管道内压力作用下的应力分析
O点
内压P
管道轴向方向:轴向应力σφ 圆周的切线方向:环向应力σθ 管道直径方向:径向应力σr
轴向应力分析
环向应力分析
a=0.6
b=0.2
三、埋地PE管道实例验算
通过计算极端载荷情况下(假定地面车重55吨,管顶受车 载荷为车后轮四轮载荷叠加),不同管径的埋地PE80管道( SDR11)在不同覆土深度下的最大弯曲应力和形变量来验算管道 最低埋深。
管径取:DN100、DN200、DN300、DN400; 埋深取:0.3m、0.5m、0.7m、0.9m、1.2m、1.5m、2m、 2.5m、3m、4m、5m。
径向应力分析
2.2、管道在外载荷作用下的应力分析
目前对沟埋式薄壁柔性管道结构内力和变形计算,多引用美国SpanglerIowa提出的考虑土介质侧向抗力的平面分析计算模型,如下图。该计算模型假 定:管道顶部的垂直载荷均匀地分布在管道的宽度上,与之平衡的垂直反力也 均匀地分布在管座基床的宽度上;管外两侧的抗力呈抛物线分布在管子中部的 100°角范围内,其土介质的抗力最大值分布在管子水平直径的两端点上,其 值为K×∆/2。
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