CECS141-2002 给水排水工程 埋地钢管管道结构设计规程.pdf

F ftbCECS 141:200 2中国工程建设标准化协会标准 给水排水工程埋地钢管管道结构设计规程S p e c i f i c a t i o n f o r s t r u c t u r a l d e s i g n o f b u r i e d s t e e l p i p e l i n e o f wa t e r s u p p l y a n d s e w e r a g e e n g i n e e r i n g中国工程建设标准化协会标准 给水排水工程埋地钢管管道结构设计规程S p e c i f i c a t i o n f o r s t r u c t u r a l d e s i g n o f b u r i e d s t e e l p ip e l i n e o f w a t e r s u p p l y a n d s e w e r a g e e n g i n e e r i n gCE CS 1 4 1:2 0 0 2主编单位:北京市市政工程设计研究总院批准单位 中国工程 建设标 准化 协会施行日期 2 0 0 3 年3 月1 日前言 本规程的内容原属于 给水排水工程结构设计规范 G B J 6 9-8 4中第七章。为了逐步与国际接轨，方便工程应用和今后修订，现按照中国工程建设标准化协会(9 4)建标协字第 1 1号 关于下达推荐性标准编制计划的函 的要求进行修订。并独立成本。本规程系根据国家标准 建筑结构可靠度设计统一标准 G B5 0 0 6 8和 工程结构可靠度设计统一标准 G B 5 0 1 5 3规定的原则，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法编制，并与有关的结构专业设计规范协调一致。本规程在修订过程中，总结了近十多年来原 给水排水工程结构设计规范 G B J 6 9-8 4的工程实践经验，吸取了国外相关标准的内容，并经中国工程标准化协会管道结构委员会多次讨论，使内容有了充实和完善。根据国家计委标 1 9 8 6 1 6 4 9 号文 关于请中国工程建设标准化委员会负责组织推荐性工程建设标准试点工作的通知 的要求，现批准协会标准 给水排水工程埋地钢管管道结构设计规程，编号为 C E C S 1 4 1:2 0 0 2，推荐给工程建设设计、施工、使用单位采用。本规程第 3.1.1,3.2.1,5.1.5,5.2.2,5.2.4,5.2.5,5.3.3,8.0.1,8.0.7,8.0.9,8.0.1 0 条建议列人 工程建设标准强制性条文。本规程由中国工程建设标准化协会管道结构委员会 C E C S/T C 1 7(北京西城区月坛南街乙二号北京市市政工程设计研究总院，邮编:1 0 0 0 4 5)归口管理，并负责解释。在使用中如发现需要修改或补充之处，请将意见和资料径寄解释单位。主 编 单 位:北京市市政工程设计研究总院 主要起草 人:刘雨生沈世杰潘 家多钟启承中国工程建设标准化协会 2 0 0 2 年 1 2月 2 5日目次1总则.12 主要符号 23 材料 54 钢管管道结构上的作用 65 基本设计规定 t o6 承载能力极限状态计算 3 77 刚度验算 4 1S 构造规定 .4 2附录 A 钢管管道在各种荷载作用下的最大弯矩系数 和竖向变形系数 .4 3附录 B 管侧土的综合变形模量 4 4本规程用词说明 ，2 4附:条 文说明 、2 51 总则1.0.1 为了在给水排水工程埋地钢管管道结构设计中.贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，制订本规程。1.0.2 本规程适用于城、镇公用设施和工业企业中一般给水排水工程埋地焊接钢管管道结构设计，其埋设条件为素土平基或人工土弧基础。本规程不适用于工业企业中具有特殊要求的埋地钢管管道结构设计。1.0.3 本规程是根据现行国家标准 给水排水工程管道结构设计规范 G B 5 0 3 3 2 规定的原则编制的。1.0.4对于建设在地震区、湿陷性黄土或膨胀土等特殊条件地区 的给水排水工 程埋地钢管管道结构，其设计尚应符合国家现行有关标准的规定。1.0.5 钢管管道施工时，尚应遵守现行国家标准 给水排水管道工程施工及验收规范 GB 5 0 2 6 8的规定。2 主 要 符 号2.0.1 管道上 的作用 和作用效应 F、管内真空 压力标准值;F、，k 浮托力标准值;凡，k 管道单位长度上管顶竖向土压力标准值;F n k 管道的工作压力标准值;F.a.k 管道的设计内水压力标准值;F,k-温度作用标准值;Gk-钢管管道结构自重标准值;G w k 管道内水重标准值;9.k 地面车辆轮压产生的管顶处的单位面积上竖向压力 标准值;9 m k 地面堆积荷载产生的竖向 压力标准 值;z u m管道的最大竖向变形。2.0.2 材料性能 E,-钢管管材弹性模量;E,管侧向填土的变形模量;E基槽两侧原状土的变形模量;E,管侧土的综合变形模量;户一 钢管管材或焊缝的强度设计值;a-钢管管材的线膨胀系数;Y,回填土重度;I 钢管管材的泊桑比;v,回 填土的 泊桑比。2.0.3 几何参数 Q 单个车轮着地分布长度;b 单个车轮着地分布宽度;b a-管壁计算宽度;D,管道外壁直径;D o-管道的计算直径;H,-管顶至设计地面的覆土高度;r o-管的计算半径;r,管的外壁半径;t 管壁设计厚度;l a-管壁计算厚度。2.0.4 计算系数 C.-钢管管道结构的自重效应系数;C.竖向土压力效应系数;C G w 管道内水重效应系数;C Q.a、C Q,、C Q o,1 C Q,.C Q,分别为设计内 水压力、地面 车辆荷载、地面堆积荷载、温度作用和地基不均 匀沉降的效应系数;D L 变形滞后效应系数;k _k、k-分别为钢管管道结构自 重、竖向 土压力和管内水 重作用下柔性管管壁截面的最大弯矩系数;k b竖向压力作用下柔性管的竖向变形系数;K,抗滑稳定性抗力系数;K管壁截面的设计稳定性抗力系数;K,抗浮 稳定性抗力系数;Y G 1.Y c.,7 G.I Y.分别为管道结构 自重、竖向土压力、管内水 重和地基不均匀沉降的分项系数;Y Q 设计内水压力、地面车辆荷载、堆积荷载和温度作用 的分项系数;S N 可变作用的 组合系数;3.Y 9 可变作用的准永久值系数。3 材料3.1 材 质 标 准3.1.1 钢管的管材强度等级不应低干Q 2 3 5，其质f应符合现行国家标准 碳索结构钢)G B/T 7 0。的要求。3.1.2 钢管的焊接材料应符合下列要求:1 手工焊接用的焊条，应符合现行 国家标 准 碳钢焊条G B/T 5 1 1 7 的要求。选用的焊条型号应与钢管管材力学性能相适应。2 自动焊或半自动焊应采用与钢管管材力学性能相适应的焊丝和焊剂。焊丝应符合现行国家标准 熔化焊用钢丝 G B/T 1 4 9 5 7的要求。3.2 计 算 指 标3.2.1 钢管管材和焊缝的强度设计值.应根据现行国家标准 钢结构设计规范 G B 5 0 0 1 7的规定采用。3.2.2 钢材的物理性能指标应按表 3.2.2采用。裹3.2.2 锅材的物理性能指标弹性模 量 E,(N/.)重度 7.(k N/m )线膨 胀系 数 Q(以每 计)tr2.0 6 冰 1 0 57 8.51 2 X 1 0-00.34 钢管管道结构上的作用4.1 作用分类和作用代表值4.1.1 钢管管道结构上的作用可分为水久作用和可变作用两类:1 永久作用应包括管道结构 自重、竖向土压力、管道内水重和地基的不均匀沉降。2 可变作用应包括管道内的设计内水压力、管道真空压力、地面堆积荷载、地面车辆荷载、地下水浮力和温度变化作用。4.1.2 钢管管道结构设计时，对不同性质的作用应采用不同的代表值。作用标准值为作用的基本代表值。对永久作用，应采用标准值作为代表值。对可变作用，应根据设计要求采用标准值、组合值或准永久值作为代表值。作用的组合值或准永久值，应为作用的标准值乘以作用的组合系数或准永久值数。4.1.3 当钢管管道结构承受两种或两种以上可变作用，且按承载能力极限状态的作用效应基本组合进行设计时，可变作用应采用组合值作为代表值。4.1.4 当按正常使用极限状态的作用效应准永久组合进行设计时，可变作用应采用准永久值作为代表值。4.2 永久作用标准值4.2.1 钢管管道结构自 重标准值可按下式计算:G=0,0 0 1 ya Do t (4.2.1)式中G,.钢管管道结构自重标准值(k N/m);D o-钢管管道 的计算直径，按 圆心至管壁中线计算 (m);t 管壁设计厚度(m m);Y e,-钢管管材重度，按表 3.2.2采用。4.2.2 作用在钢管管顶的竖向土压力，其标准值应按下式计算:F.,k=r.H,D,(4.2.2)式中F，、竖向土压力标准值(k N/m);Y,回填土重度(k N/m );H,-管顶至设计地面的覆土高度(m);D,管外壁直径(m),4.2.3 钢管管道内水的重度标准值 Y.可取 l O k N/m o4.2.4 地基不均匀沉降的标准值，应按现行国家标准 建筑地基基础设计规范%B 5 0 0 0 7的规定计算确定。4.3 可变作用标准值、准永久值系数4.3.1 钢管管道设计内水压力的标准值，应按下列规定计算:1 对给水工程，可按下式计算:F ,k=F.k+0.5 (4.3.1-1)式中F,-钢管管道的设计内水压力标准值，取不小于0.9;F w k-钢管管道的工作压力标准值(MP a),2 对排水工程，可按下式计算:F.k=1.S F k (4.3.1-2)4.3.2 钢管管道在运行过程中可能产生的真空压力，其标准值F,k 可取0.0 5 MP a，准永久值系数可取汽=0,4.3.3 地面堆积荷载产生的竖向压力标准值q m k 可取 l O k N/m ,准永久值系数可取,=0.5,4.3.4 地面车辆轮压产生的管顶处竖向压力标准值及其准永久值系数，可按下列规定确定:1 单个轮压产生的管顶处竖向压力标准值，可按下式计算(图 4.3.4-1):U a Q.k(a+1.4 z)(b+1.4 z)(4.3.4-1)式中Q A 车辆的单个轮压标准值(k N);Q r k 地面车辆轮压产生的管顶处单位面积上竖向压力 标准 值(k N/m );脚动力系数，按表4.3.4-1 采用;a 单个车轮的着地分布长度(m);b 单个车轮的着地分布宽度(m);z 车行地面至管顶的距离(m),表4.3.4-1 动力系数u.地 面至 管顶 的 距 离 (m)(O.2 50.30.40.50.6O.7产 d1.31.2 51.21.1 51.0 51.0 (a)沿轮胎 着地 宽度 的传递(b)沿 轮胎着 地长度 的传递 图4.3.4-1 地面车辆单个轮压的传递分布 2 两个以上轮压产生的管顶处竖向压力标准值，可按下式计算(图 4.3.4-2):n/a Q.k(a+1.4 z)(n b+名d;l.4 z)(4.3.4-2)式中n 车轮总数量;d 地面相邻两个轮压间的净距(m),3 地面车辆运行荷载的准永久值系数，应 取人=0.5 04.3.5 温度作用标准值可按管道闭合温差士2 5 计算，准永久值系数可取A告1.0.4.3.6 地下水的浮托力标准值应按最高地下水位计算，地下水的重度标准值可取 l O k N/m。Q,t I Q d 2 创 0,7.(a)伦轮 胎着地 宽度 的传递:、Q.(b)沿轮胎 着地 长度 的传递图4.3.4-2 地面车辆两个以上轮压的传递分布5 基本设计规定5.1 一 般 规 定5.1.1 本规程采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，以可靠指标度量管道结构的可靠度。除管道稳定验算外，均采用分项系数设计表达式进行设计。5.1.2 钢管管道结构应按下列两种极限状态进行设计:1 承载能力极限状态:管道结构达到最大承载能力，管壁因材料强度被超过而破坏;管道结构作为刚体失去平衡而上浮或滑移;管壁截面丧失稳定。2 正常使用极限状态:管道的竖向变形超过正常使用