1、柔性管与刚性管
如何精确的界定管材是刚性管与柔性管, 一直困扰着管道设计人员。这时就需要引进相对刚度这个概念, 相对刚度是指管道与土壤在形成平衡时, 管道截面刚度与管周土体进行相对比较得出的, 它只是一个相对的概念。如某种管道在较硬质土体中为柔性管道, 但当其敷设于另一种较软质土体中则可能成为刚性管道。本文以柔性管为例, 就不作太多说明。
2、衣阿华公式
衣阿华公式在我国通常被叫作斯式公式或M-S公式。衣阿华公式是埋地柔性管道的理论分析基础, 其公式如式 (1-1) 所示:
2.1衣阿华公式参数含义及取值
2.1.1管道变形滞后效应系数
在管道埋设前后, 管道环向变形绝大部分发生在安装后和试压前的期间。还有一个重要现象是在管侧埋置土和管顶覆土处理好之后, 柔性管道会因内压的长期作用而渐渐复原。
管道变形滞后效应系数一般可取1.2-1.5, 当设计要求管侧回填土压实系数大于95%时, 可取1.5;本文取1.5.
2.1.2管材参数
管材选x70Φ800x10型号钢, 弹性模量为209GPa, 屈服强度为485MPa。
2.1.3土壤反力模量
本次以混凝土地面为研究对象, 则对于建立埋地管道的力学模型需要考虑土壤和混凝土层对管顶的综合作用。由于地下土壤成分及其性质比较复杂, 所以假设土壤和每一层混凝土都是具有同向性, 各为一种同向介质。
2.1.4单位管长上的荷载
由于将管顶上方土壤和混凝土层都各自看成同向性, 则计算其对管顶的附加应力作用时, 采用迭加得方法进行计算。由文献[4]可知, 管顶荷载是将土壤和混凝土都看成一种棱柱荷载, 此时假设是相对保守的, 其公式如 (1-3) :
式中:——单位管长上的荷载;——覆土密度;——管顶覆土高度;——管径。
2.1.5管环变形率
埋地燃气管道失效的评判准则之一就是管道韧性失效。这就引入了管环变形率, 其公式如下:
式中:——管道竖向变形位移;——管道外径。
3、计算结果
本次研究是管道敷设于地下1.0m、1.5m、2.0m、2.5m深处进行探讨, 其计算结果如下表所示:
从上述结果可知, 随着管道埋深的增加, 其管环竖向变形位移也在增加, 管环变形率也就随着增大。从某种程度来看, 确实都没有达到最大设计允许值。但在混凝土地面基本都是作为公路来使用。当管道敷设在混凝土地面下, 就肯定会受到地表通过的车辆所带来的冲击作用。如果通过的车辆自身重量所带来的轮压过大, 就有可能让柔性管道出现脆性失效, 或者管道在内压作用下都无法恢复的韧性失效, 尤其是在现在车辆超载现象十分严重的社会。
4、几点认识
(1) 提高设计方案的应急性。每个管道敷设前的设计时非常重要的, 需要对管线沿途的环境、土质等各方面都有所勘察。很多时候设计者都会忽略沿途中所新开的公路, 这对管道的服役年限和燃气运输、管理都有着一定的影响。
(2) 加大对管道敷设现场的监督。在管道敷设的现场, 我们经常可以看到工作人员仅仅在两端端口处加放了支撑, 目的是想保证管口的圆度, 以便顺利对接, 但忽略了管身在覆土后可能会因产生巨大的环向变形而引起管道本身失效的情况。当然敷设现场还需要回填土的压实度和含水量等其他影响管道运作的因素监督。
摘要：埋地燃气管道当被敷设在混凝土地面下时, 会受到管顶上方土壤及混凝土层的综合作用力。本文通过衣阿华公式将两个主要影响因素结合, 计算柔性管道在此作用下环向位移以及环向变形率, 并分析了管道在设计、敷设过程中存在的一些问题, 及其他潜在的安全隐患, 给出自己的见解, 望对各位学者有所帮助。
关键词：埋地燃气管道,混凝土地面,衣阿华公式,环向变形率
参考文献
[1] 《给排水管道结构设计规范》 (GB50332-2002)
[2] 黄满虎, 赵泽红, 王艳霞, 等.埋地柔性管道截面变形的控制标准[J].非开挖技术, 2013 (3) :1-5.