5.4.1 對由于土壤摩擦力約束熱脹變形或局部沉降造成的高內(nèi)力的直管段，不得出現(xiàn)局部屈曲、彎曲屈曲和皺折。
5.4.2 公稱直徑大于500mm的管道應(yīng)進(jìn)行局部穩(wěn)定性驗(yàn)算，并應(yīng)符合下式計(jì)算規(guī)定：
式中：Do——工作管外徑(m)；
δ——工作管公稱壁厚(m)；
α——鋼材的線膨脹系數(shù)[m/(m·℃)]；
E——鋼材的彈性模量(MPa)；
t1——管道工作循環(huán)最高溫度(℃)；
t0——管道計(jì)算安裝溫度(℃)；
υ——鋼材的泊松系數(shù)，取0.3；
Pd——管道計(jì)算壓力(MPa)。
5.4.3 對于承受較大靜土壓和機(jī)動車動土壓的管道不得出現(xiàn)徑向失穩(wěn)。
5.4.4 公稱直徑大于500mm的管道應(yīng)按下列公式進(jìn)行徑向穩(wěn)定性驗(yàn)算：
式中：ΔX——工作管徑向最大變形量(m)；
W——管頂單位面積上總垂直荷載(kPa)，包括管頂垂直土荷載和地面車輛傳遞到鋼管上的荷載，直埋管道管頂單位面積上總垂直荷載應(yīng)符合表5.4.4的規(guī)定；
Do——工作管外徑(m)；
E——鋼材的彈性模量(kPa)；
δ——工作管公稱壁厚(m)；
r——工作管平均半徑(m)。
表5.4.4 直埋管道管頂單位面積上總垂直荷載
條文說明
5.4 直管段局部穩(wěn)定性驗(yàn)算
5.4.1 管道在承受高軸向壓應(yīng)力和截面內(nèi)存在缺陷部位可能出現(xiàn)塑性變形的集中。直埋熱水管道的溫度位移受到了外部摩擦力約束，就是屬于承受高軸向壓應(yīng)力的管道系統(tǒng)。
5.4.2 直埋熱水管道從整體看屬于桿件，但是從局部看又屬于薄壁管殼，特別是大直徑的管道。對于大管徑、高溫度、高壓力的直埋熱水管道，橫截面受到較高的壓應(yīng)力作用，當(dāng)最大壓應(yīng)變達(dá)到一個(gè)臨界水平時(shí)便有可能會發(fā)生局部屈曲，局部產(chǎn)生較大的變形，導(dǎo)致管道的局部褶皺而失效。管道的局部屈曲多數(shù)發(fā)生在應(yīng)力不連續(xù)、管壁有缺陷的地方。
國內(nèi)外有一些關(guān)于防止薄壁管殼局部屈曲的研究成果。
1 1976年Sherman提出的臨界屈曲應(yīng)力計(jì)算公式為：
2 1991年Stephens等提出的臨界屈曲應(yīng)力計(jì)算公式為：
3 歐洲規(guī)范EN 13941對于直埋管道徑厚比的規(guī)定式。
4 國家標(biāo)準(zhǔn)《壓力容器》GB 150圓筒許用軸向壓縮應(yīng)力的公式。
通過幾個(gè)公式的運(yùn)算結(jié)果比較，EN 13941更保守，計(jì)算的管壁厚度太大。本條的公式采用國內(nèi)目前的研究成果，徑厚比的計(jì)算結(jié)果較前兩個(gè)公式要保守。
5.4.3、5.4.4 理論研究表明，直埋敷設(shè)的柔性管道能夠利用其周圍土壤的承載能力，當(dāng)管道橢圓變形達(dá)到鋼管外直徑的20％時(shí)，才發(fā)生整體結(jié)構(gòu)破壞。但試驗(yàn)證明，橢圓變形達(dá)到鋼管外直徑的5％時(shí)，管壁便開始出現(xiàn)屈服。國家標(biāo)準(zhǔn)《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50253-2003，《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50251-2003都規(guī)定管道的橢圓變形量應(yīng)小于鋼管外徑的3％，本條是參照上述規(guī)范制定的。本條對原公式中按直埋熱水管道常見條件代入的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)做了處理，便于應(yīng)用。表5.4.4中車輛荷載按后軸重力標(biāo)準(zhǔn)值140kN，單個(gè)輪組70kN計(jì)算。
式中：Do——工作管外徑(m)；
δ——工作管公稱壁厚(m)；
α——鋼材的線膨脹系數(shù)[m/(m·℃)]；
E——鋼材的彈性模量(MPa)；
t1——管道工作循環(huán)最高溫度(℃)；
t0——管道計(jì)算安裝溫度(℃)；
υ——鋼材的泊松系數(shù)，取0.3；
Pd——管道計(jì)算壓力(MPa)。
5.4.3 對于承受較大靜土壓和機(jī)動車動土壓的管道不得出現(xiàn)徑向失穩(wěn)。
5.4.4 公稱直徑大于500mm的管道應(yīng)按下列公式進(jìn)行徑向穩(wěn)定性驗(yàn)算：
式中：ΔX——工作管徑向最大變形量(m)；
W——管頂單位面積上總垂直荷載(kPa)，包括管頂垂直土荷載和地面車輛傳遞到鋼管上的荷載，直埋管道管頂單位面積上總垂直荷載應(yīng)符合表5.4.4的規(guī)定；
Do——工作管外徑(m)；
E——鋼材的彈性模量(kPa)；
δ——工作管公稱壁厚(m)；
r——工作管平均半徑(m)。
表5.4.4 直埋管道管頂單位面積上總垂直荷載
條文說明
5.4 直管段局部穩(wěn)定性驗(yàn)算
5.4.1 管道在承受高軸向壓應(yīng)力和截面內(nèi)存在缺陷部位可能出現(xiàn)塑性變形的集中。直埋熱水管道的溫度位移受到了外部摩擦力約束，就是屬于承受高軸向壓應(yīng)力的管道系統(tǒng)。
5.4.2 直埋熱水管道從整體看屬于桿件，但是從局部看又屬于薄壁管殼，特別是大直徑的管道。對于大管徑、高溫度、高壓力的直埋熱水管道，橫截面受到較高的壓應(yīng)力作用，當(dāng)最大壓應(yīng)變達(dá)到一個(gè)臨界水平時(shí)便有可能會發(fā)生局部屈曲，局部產(chǎn)生較大的變形，導(dǎo)致管道的局部褶皺而失效。管道的局部屈曲多數(shù)發(fā)生在應(yīng)力不連續(xù)、管壁有缺陷的地方。
國內(nèi)外有一些關(guān)于防止薄壁管殼局部屈曲的研究成果。
1 1976年Sherman提出的臨界屈曲應(yīng)力計(jì)算公式為：
2 1991年Stephens等提出的臨界屈曲應(yīng)力計(jì)算公式為：
3 歐洲規(guī)范EN 13941對于直埋管道徑厚比的規(guī)定式。
4 國家標(biāo)準(zhǔn)《壓力容器》GB 150圓筒許用軸向壓縮應(yīng)力的公式。
通過幾個(gè)公式的運(yùn)算結(jié)果比較，EN 13941更保守，計(jì)算的管壁厚度太大。本條的公式采用國內(nèi)目前的研究成果，徑厚比的計(jì)算結(jié)果較前兩個(gè)公式要保守。
5.4.3、5.4.4 理論研究表明，直埋敷設(shè)的柔性管道能夠利用其周圍土壤的承載能力，當(dāng)管道橢圓變形達(dá)到鋼管外直徑的20％時(shí)，才發(fā)生整體結(jié)構(gòu)破壞。但試驗(yàn)證明，橢圓變形達(dá)到鋼管外直徑的5％時(shí)，管壁便開始出現(xiàn)屈服。國家標(biāo)準(zhǔn)《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50253-2003，《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50251-2003都規(guī)定管道的橢圓變形量應(yīng)小于鋼管外徑的3％，本條是參照上述規(guī)范制定的。本條對原公式中按直埋熱水管道常見條件代入的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)做了處理，便于應(yīng)用。表5.4.4中車輛荷載按后軸重力標(biāo)準(zhǔn)值140kN，單個(gè)輪組70kN計(jì)算。
采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)工
