深埋管道的荷載計算

1、管道埋深及荷載計算基本概念 1、靜荷載、靜荷載 靜荷載可分為垂直壓強和水平壓強： 垂直壓強與管道的埋深、形狀和結(jié)構(gòu)有關(guān)，簡單計算方法如下： Pj=P路面+P填土+P自重 = (ni*k*h*L)+P自重基本概念 1、靜荷載、靜荷載 ni：超載系數(shù)（路面取：超載系數(shù)（路面取1.1，回填土取，回填土取1.2，混凝土取，混凝土取1.1） ki：回填土的集中系數(shù)（粘土?。夯靥钔恋募邢禂?shù)（粘土取1.2，砂土取，砂土取1.1） ：單位體積的容重：單位體積的容重kg/m3（花磚（花磚1700，混凝土，混凝土2400，鋼，鋼筋混凝土筋混凝土2500，地下水位以上回填土，地下水位以上回填土1800，地下水位以

2、，地下水位以下回填土下回填土2000） h：路面或填土或混凝土的厚度：路面或填土或混凝土的厚度 L：構(gòu)件斷面外緣的寬度：構(gòu)件斷面外緣的寬度 P管材自重管材自重=*t（：管材體積密度，：管材體積密度，t：管材厚度）：管材厚度）基本概念 2、活荷載、活荷載 活荷載指各種機動車輛在管道上方的路面活荷載指各種機動車輛在管道上方的路面行駛時，通過土壤傳至管道的荷重。（當(dāng)行駛時，通過土壤傳至管道的荷重。（當(dāng)管頂覆土深度小于管頂覆土深度小于50cm時，車輛行駛速度時，車輛行駛速度的變化對地下管道產(chǎn)生一定的沖擊力）的變化對地下管道產(chǎn)生一定的沖擊力） Ph=n G/ab基本概念 2、活荷載、活荷載 306013

3、0180a路面后輪管道后輪傳力線壓力擴散寬度示意圖基本概念0.2bH2、活荷載、活荷載壓力擴散長度示意圖基本概念 2、活荷載、活荷載 n：荷載系數(shù)（覆土大于：荷載系數(shù)（覆土大于25小于小于50cm取取1.2，覆土小于，覆土小于25取取1.4，覆土大于，覆土大于50cm取取1） G：汽車后輪總荷重：汽車后輪總荷重 a：壓力擴散面的寬度，：壓力擴散面的寬度，m b：壓力擴散面的長度，：壓力擴散面的長度，m 活荷載在道路中壓力的分布角一般取活荷載在道路中壓力的分布角一般取3045，此處取，此處取30 a=2H1*tg30+汽車輪距（汽車輪距（*2）+后輪著地寬度（后輪著地寬度（+汽車間汽車間距）距）

4、 b=2H1*tg30+后輪著地長度后輪著地長度基本概念 2、彎曲應(yīng)力、彎曲應(yīng)力 管壁的彎曲應(yīng)力（管道埋深大于管壁的彎曲應(yīng)力（管道埋深大于0.5米時）米時） =M/W=R02（K1P1+K2P2）/W ：彎曲應(yīng)力（：彎曲應(yīng)力（MPa）；）； K1：管道在靜荷載作用下的彎矩系數(shù)；：管道在靜荷載作用下的彎矩系數(shù)； K2：管道在活荷載作用下的彎矩系數(shù)；：管道在活荷載作用下的彎矩系數(shù)； R0：管厚中心半徑：管厚中心半徑R0=r+（R-r）/2（cm）；）； W：單位管長的管壁截面系數(shù)（：單位管長的管壁截面系數(shù)（cm3/cm）基本概念 2、彎曲應(yīng)力、彎曲應(yīng)力 W=I/（/2） I：單位管長在管壁截面慣性

5、矩（：單位管長在管壁截面慣性矩（cm4/cm） I=3/12 ：管壁厚度（：管壁厚度（cm）基本概念 2、直徑變形率、直徑變形率 =R03*（K1Pj+K2Ph）/（2EI）*100% E：管材的彈性模量（：管材的彈性模量（MPa） K1：管道在靜荷載作用下，管道垂直方向：管道在靜荷載作用下，管道垂直方向直徑變形的計算系數(shù)；直徑變形的計算系數(shù)； K2：管道在活荷載作用下，管道垂直方向：管道在活荷載作用下，管道垂直方向直徑變形的計算系數(shù)；直徑變形的計算系數(shù)；塑料管埋深考慮管材強度、外部荷載、土壤狀況、與其它考慮管材強度、外部荷載、土壤狀況、與其它管道交叉、地下水位、冰凍情況等因素來確定。管道交叉

6、、地下水位、冰凍情況等因素來確定。外部荷載包括回填土的自重（靜荷載）和過往外部荷載包括回填土的自重（靜荷載）和過往車輛的重量（活荷載）。車輛的重量（活荷載）。土壤對管道的荷重，隨著管頂覆土深度的增加土壤對管道的荷重，隨著管頂覆土深度的增加而增加，而車輛等地面活荷載隨著管頂敷土的而增加，而車輛等地面活荷載隨著管頂敷土的增加而減少，其聯(lián)合作用荷載應(yīng)通過計算確定，增加而減少，其聯(lián)合作用荷載應(yīng)通過計算確定，結(jié)合管材強度，確定埋深。結(jié)合管材強度，確定埋深。埋深計算根據(jù)塑料管在最不理想情況下所受到埋深計算根據(jù)塑料管在最不理想情況下所受到的壓力和塑料管的抗壓強度。的壓力和塑料管的抗壓強度。管道基礎(chǔ)1、影響地

7、基的幾個因素、影響地基的幾個因素（1）強度及穩(wěn)定性。當(dāng)?shù)鼗辜魪姸炔蛔阋灾В姸燃胺€(wěn)定性。當(dāng)?shù)鼗辜魪姸炔蛔阋灾紊喜拷Y(jié)構(gòu)自重及附加荷載時，地基就會產(chǎn)生撐上部結(jié)構(gòu)自重及附加荷載時，地基就會產(chǎn)生局部或整體剪切破壞。局部或整體剪切破壞。（2）壓縮及不均勻沉降。當(dāng)?shù)鼗捎谏喜拷Y(jié)構(gòu)）壓縮及不均勻沉降。當(dāng)?shù)鼗捎谏喜拷Y(jié)構(gòu)的自重及附加荷載作用而產(chǎn)生過大的壓縮變形的自重及附加荷載作用而產(chǎn)生過大的壓縮變形時，特別是超過管道所能允許的不均勻沉降時，時，特別是超過管道所能允許的不均勻沉降時，則會引起管道過量下沉，接口開裂。則會引起管道過量下沉，接口開裂。（3）地震造成的地基土震陷以及車輛的振動和）地震造成的地基土

8、震陷以及車輛的振動和爆破等動力荷載可能引起地基土失穩(wěn)。爆破等動力荷載可能引起地基土失穩(wěn)。（4）地基滲漏量或水力比降超過容許值時，會）地基滲漏量或水力比降超過容許值時，會發(fā)生水量損失或因潛蝕和管涌而可能導(dǎo)致管道發(fā)生水量損失或因潛蝕和管涌而可能導(dǎo)致管道破壞。破壞。預(yù)測荷載綠化帶：綠化帶：預(yù)測荷載預(yù)測荷載=靜荷載靜荷載Pj1= P填土填土+P自重自重 = (ni*k*h*L)+P自重自重 =1.2*1.2*1800*H*1+*t =2592H+*t（kgf/ m2）90/96水泥管：水泥管：Pj1=2592H+7.2（kgf/ m2）90/100PVC： Pj1=2592H+8（kgf/ m2）33

9、/40硅芯管：硅芯管：Pj1=2592H+5.6（kgf/ m2）計算結(jié)果可知，計算結(jié)果可知，P自重可忽略不計。為簡化計算自重可忽略不計。為簡化計算 Pj=2592H預(yù)測荷載 人行道：人行道： 預(yù)測荷載預(yù)測荷載=靜荷載靜荷載+活荷載活荷載 = Pj2+P人人 = P路面路面+P填土填土+P自重自重+P人人 =1.1*1*2400*H1*1+1.2*1.2*1800*H2*1+ P自重自重+350（kgf/ m2）（H1取取0.2，則，則P=2592H+10+ P自重自重+350）預(yù)測荷載 慢車道：慢車道： 預(yù)測荷載預(yù)測荷載=靜荷載靜荷載+活荷載活荷載 = Pj2+26000/（1.1547H+

10、5.5）*（1.1547H+0.2）（）（kgf/ m2） 預(yù)測荷載 行車道：行車道： 預(yù)測荷載預(yù)測荷載=靜荷載靜荷載+活荷載活荷載= Pj2+1.2*31200/(1.1547H+5.5)*(1.1547H+0.2)（kgf/ m2） 預(yù)應(yīng)力計算 90/100PVC: =6*0.04752*（0.132*Pj+0.076*Ph）/0.0052 =542*（0.132*Pj+0.076*Ph） 綠化帶下，綠化帶下，Ph取取0，得，得=185442H 安全系數(shù)取安全系數(shù)取5，管材允許的彎曲受拉極限為，管材允許的彎曲受拉極限為9.27H(MPa) 慢車道下慢車道下 =185442H+1070992

11、/(1.1547H+5.5)*(1.1547H+0.2) 安全系數(shù)取安全系數(shù)取5 =9.27H+53.55/(1.1547H+5.5)*(1.1547H+0.2) 目前管材允許的彎曲受拉強度最大為目前管材允許的彎曲受拉強度最大為max80MPa 直徑變形率 管道在荷載作用下的直徑變形率管道在荷載作用下的直徑變形率 =R03*（K1Pj+K2Ph）/（2EI）*100% 90/100PVC： =0.0000171475*（0.132*Pj+0.076*Ph） 慢車道下：慢車道下： =0.0000171475*(259.2H+1976/(1.1547H+5.5)*(1.1547H+0.2) 安全系數(shù)取安全系數(shù)取1.5， =0.00002572*(342H+1976/(1.1547H+5.5)*(1.1547H+0.2) 5%埋深計算結(jié)果管材埋深活荷載(t)彎曲應(yīng)力kgf/m2安全系數(shù)取5Mpa800.520539240.956226962047.8126.96204781直徑變形率安全系數(shù)取1.5超載系數(shù)取1.20.5