049 直埋熱水供熱管道彈性敷設設計方法

1、1直埋熱水供熱管道彈性敷設設計方法中國市政工程西北設計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使供熱管道按更自然的方式沿街道或地形進行敷設，該種敷設方式利用管道自身的彈性變形實現管道的彎轉，減少了人為設置的補償器、補償彎管和固定墩，是最簡單、最經濟的直埋管道安裝方式之一。關鍵詞關鍵詞直埋熱水管道彈性彎曲強度計算曲率半徑轉角1引言城鎮(zhèn)直埋熱水供熱管道敷設在道路下方時，由于受地形、地貌和城市道路下面其他市政公用設施的限制，一般情況

2、下經城市規(guī)劃部門報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，有時道路中心線甚至會是大曲率的S型曲線（圖1），敷設在道路下的管線彎曲現象是大量存在的。要實現管線順道路彎曲，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轉角（彎管）的直線段，然后根據應力強度條件在直線段上設置補償器和固定墩。但這種通常085~16做法人為的設置了大量補償器和固定墩，而補償器是管道系統中極易損壞的部件，設置補償器增加了管網

3、的事故概率，設置固定墩破壞了直埋管的保護殼，增加了焊接點，降低了直埋管管系保護殼的整體密閉性，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）設計方法。直埋熱水供熱管道彈性敷設可使管道在其彈性范圍內彎曲以滿足直埋管道沿道路或地形敷設要求，即利用管道自身的彈性變形實現管道的彎轉。這種設計方法簡化了彎曲路段直埋管道的設計，減少了溫度變化引起的

4、管道疲勞危險點數，提高了管網系統的使用年限，減少了管道接頭，延長了管道的使用壽命，節(jié)約了管件設備，降低了施工難度，具有占地小、投資少等優(yōu)點，是應優(yōu)先考慮的熱水供熱管道直埋敷設處理方式之一。2彈性彎曲管道（曲管）設計采用彈性彎曲管道（曲管）代替單斜接縫折角和轉角（彎管），可避免應力集中。015~0085~16由于沒有人為設置的補償器和補償彎管，以及補償器所需的檢查井、固定墩和補償彎管所多占的線位，彈性彎曲管道（曲管）是最簡單、最經濟的直埋

5、熱水供熱管道安裝方式。管道任意折角（轉角）的方向改變都可以采用彈性彎曲管道（曲管）來實現，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）設計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）中根據材料力學，管材的彈性模量隨溫度升高而下降，溫度≤140oC時的低碳鋼的彈性模量按下式計算：MPa（7）41101754.21?

6、????????tE式（6）中根據材料力學，管材的線膨脹系數隨溫度升高而上升，溫度≤140oC時的低碳鋼的彈性模量按下式計算：（8）61101294.11??????????t?對于大多數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。當彈性彎曲管道在土壤中橫向移動時，彈性彎曲管道弧外側產生較大的拉應力，拉應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力應限制在210MPa的范圍內，即≤210MPa。eb???1eb?4滿足強度要求的管道曲率半徑根據虎克定律，材料在彈性范圍內應力與應變成正比關系，即：（9）??Eeb?由材料力學可知，鋼管彎曲線應變：（10）RDRD22???式中:—鋼管彎曲線應變?—鋼管外徑，mD—管道彎曲的曲率半徑，mR將式（10）代入式（9）得管道彈性彎曲應力：（11）REDeb2??由此，管道彎曲滿足強度要求的曲率半徑R計算式為