049 直埋熱水供熱管道彈性敷設(shè)設(shè)計(jì)方法

1、1直埋熱水供熱管道彈性敷設(shè)設(shè)計(jì)方法中國市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司張軍摘要摘要直埋熱水供熱管道彈性敷設(shè)使供熱管道按更自然的方式沿街道或地形進(jìn)行敷設(shè)，該種敷設(shè)方式利用管道自身的彈性變形實(shí)現(xiàn)管道的彎轉(zhuǎn)，減少了人為設(shè)置的補(bǔ)償器、補(bǔ)償彎管和固定墩，是最簡單、最經(jīng)濟(jì)的直埋管道安裝方式之一。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞直埋熱水管道彈性彎曲強(qiáng)度計(jì)算曲率半徑轉(zhuǎn)角1引言城鎮(zhèn)直埋熱水供熱管道敷設(shè)在道路下方時(shí)，由于受地形、地貌和城市道路下面其他市政公用設(shè)施的限制，一般情況

2、下經(jīng)城市規(guī)劃部門報(bào)批的管位均平行道路的中心線，而道路的中心線并不都是筆直的，有時(shí)道路中心線甚至?xí)谴笄实腟型曲線（圖1），敷設(shè)在道路下的管線彎曲現(xiàn)象是大量存在的。要實(shí)現(xiàn)管線順道路彎曲，通常的做法是將弧線或曲線分解為若干段夾角為單斜接焊縫折角和015~0轉(zhuǎn)角（彎管）的直線段，然后根據(jù)應(yīng)力強(qiáng)度條件在直線段上設(shè)置補(bǔ)償器和固定墩。但這種通常085~16做法人為的設(shè)置了大量補(bǔ)償器和固定墩，而補(bǔ)償器是管道系統(tǒng)中極易損壞的部件，設(shè)置補(bǔ)償器增加了管網(wǎng)

3、的事故概率，設(shè)置固定墩破壞了直埋管的保護(hù)殼，增加了焊接點(diǎn)，降低了直埋管管系保護(hù)殼的整體密閉性，使地下水宜滲入而腐蝕鋼管。上述做法其缺點(diǎn)不但增加了管道的事故概率，而且增加了工程施工難度和工程投資。圖1本文針對上述問題，提出了彈性彎曲管道（曲管）設(shè)計(jì)方法。直埋熱水供熱管道彈性敷設(shè)可使管道在其彈性范圍內(nèi)彎曲以滿足直埋管道沿道路或地形敷設(shè)要求，即利用管道自身的彈性變形實(shí)現(xiàn)管道的彎轉(zhuǎn)。這種設(shè)計(jì)方法簡化了彎曲路段直埋管道的設(shè)計(jì)，減少了溫度變化引起的

4、管道疲勞危險(xiǎn)點(diǎn)數(shù)，提高了管網(wǎng)系統(tǒng)的使用年限，減少了管道接頭，延長了管道的使用壽命，節(jié)約了管件設(shè)備，降低了施工難度，具有占地小、投資少等優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)優(yōu)先考慮的熱水供熱管道直埋敷設(shè)處理方式之一。2彈性彎曲管道（曲管）設(shè)計(jì)采用彈性彎曲管道（曲管）代替單斜接縫折角和轉(zhuǎn)角（彎管），可避免應(yīng)力集中。015~0085~16由于沒有人為設(shè)置的補(bǔ)償器和補(bǔ)償彎管，以及補(bǔ)償器所需的檢查井、固定墩和補(bǔ)償彎管所多占的線位，彈性彎曲管道（曲管）是最簡單、最經(jīng)濟(jì)的直埋

5、熱水供熱管道安裝方式。管道任意折角（轉(zhuǎn)角）的方向改變都可以采用彈性彎曲管道（曲管）來實(shí)現(xiàn)，所有管徑的管道都可以用彈性彎曲管道（曲管）安裝。在彈性彎曲管道（曲管）設(shè)計(jì)中可以通過先焊接直管，然后在彎曲溝槽中利用管道的彈性改變管道的方向，在溝槽回填前用諸如沙袋的物體支撐管道，采用彈性彎曲管道的方法安裝。3式（6）中根據(jù)材料力學(xué)，管材的彈性模量隨溫度升高而下降，溫度≤140oC時(shí)的低碳鋼的彈性模量按下式計(jì)算：MPa（7）41101754.21?

6、????????tE式（6）中根據(jù)材料力學(xué)，管材的線膨脹系數(shù)隨溫度升高而上升，溫度≤140oC時(shí)的低碳鋼的彈性模量按下式計(jì)算：（8）61101294.11??????????t?對于大多數(shù)的熱水集中供熱工程而言，由于乘積變化不大，因此采用E=2.1104MPa和?Eα=1.2105就具有足夠精度了。當(dāng)彈性彎曲管道在土壤中橫向移動(dòng)時(shí)，彈性彎曲管道弧外側(cè)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，拉應(yīng)力過大會損壞外套管和保溫材料。為確保均勻的曲率和不損壞外套管和保溫

7、材料，直埋管道鋼管中的彈性彎曲應(yīng)力應(yīng)限制在210MPa的范圍內(nèi)，即≤210MPa。eb???1eb?4滿足強(qiáng)度要求的管道曲率半徑根據(jù)虎克定律，材料在彈性范圍內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系，即：（9）??Eeb?由材料力學(xué)可知，鋼管彎曲線應(yīng)變：（10）RDRD22???式中:—鋼管彎曲線應(yīng)變?—鋼管外徑，mD—管道彎曲的曲率半徑，mR將式（10）代入式（9）得管道彈性彎曲應(yīng)力：（11）REDeb2??由此，管道彎曲滿足強(qiáng)度要求的曲率半徑R計(jì)算式為