地埋刚性管道竖向土荷载计算的探讨_《混凝土与水泥制品》杂志社

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发布时间：2020-01-06 00:00:00

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地埋刚性管道竖向土荷载计算的探讨

２００8年第4期

地埋刚性管道；土荷载；有限元；上埋式；沟埋式

２００8年第4期

1000-4637（2008）04-37-04

阙小平，陈明轩，李健华

新疆国统管道股份有限公司，528445

阙小平，陈明轩，李健华

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摘要：介绍了国内外标准刚性地埋管竖向土荷载计算方法，采用有限元法对刚性地埋管竖向土荷载进行计算分析，并与标准方法结果进行对比，得出沟埋式和上埋式管道竖向土荷载的不同特点及影响因素，介绍了在不同工程环境下如何选择土荷载设计方法。

英文名 :

刊期 : ２００8年第4期

关键词 : 地埋刚性管道；土荷载；有限元；上埋式；沟埋式

Key words :

刊期 : ２００8年第4期

DOI :

文章编号 : 1000-4637（2008）04-37-04

基金项目 :

作者 : 阙小平，陈明轩，李健华

单位 : 新疆国统管道股份有限公司，528445

阙小平，陈明轩，李健华

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摘要

参数

结论

参考文献

引用本文

关键词:

地埋刚性管道；土荷载；有限元；上埋式；沟埋式

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(1）上埋管土荷载是管道所承受的最大荷载，其值大于管道外径范围内的土柱自重。各种方法对上埋管的计算结果较为一致，可在工程设计中灵活应用。

（2）沟埋式管道受到沟槽宽度范围内的土柱自重作用，但沟槽边缘的原状土对回填土具有向上的摩擦作用，会抵消一部份回填土自重。沟槽宽度和回填土参数是影响沟埋管荷载大小的重要因素，在沟槽较宽（接近Hs值）时，沟槽边缘原状土对管顶回填土的向上摩擦作用不明显，管道竖向土荷载不再服从沟埋管计算公式，应采用上埋管公式计算；在埋深较深（大于2倍槽宽）时，由于原状土的向上摩擦作用，沟槽管竖向土荷载相对于槽宽范围内的土柱重逐渐减小。在工程中减小沟槽宽度、尽量少放坡或不放坡、提高管侧及管顶一定深度（大于0.5Do）范围内回填土密实度，都能有效地减小沟埋管土荷载。

（3）AWWA M9标准公式以Marston荷载理论^[3]为基础进行假设和计算，并列出各种土壤条件下的相关参数取值，计算过程严密，对沟埋管和上埋管的分类标准明确，计算结果与ANSYS分析结果较为接近，在土壤参数较为明确的情况下，可取得较为精确的计算结果。

（4）GB50332标准公式按管道安装施工方式对管道荷载类型进行区分和计算，以常数取代荷载系数函数，计算结果呈线性，在不明确土壤参数的情况下，采用此方法计算可得到较为安全的结果。但是，由于没有对沟埋管或上埋管的分类作出明确的判断，在开槽施工沟槽宽度过大时，管道荷载类型可能呈现上埋管特点，仍采用开槽施工荷载公式计算会导致结果偏小，对管道结构安全不利。因此，在计算开槽施工类型的管道时，应关注其管顶沟槽宽度与覆土深度之间的关系，如两者之比大于1时，建议加大公式（1）中的系数取值，或直接采用公式（2）进行荷载计算。

（5）有限元法是一种先进的计算分析方法，ANSYS软件是一款功能强大的有限元通用软件，可以精确地进行工程结构分析。采用ANSYS软件进行管道土荷载分析，只要对建模方法、管土参数和外部边界条件进行正确的设置，即使用线弹性理论进行静态分析也能得到满意的结果。在复杂的荷载条件下，采用有限元法进行管道荷载分析拥有标准公式不具备的优势。

本文采用国内外管道设计标准推荐的计算方法及有限元法对刚性地埋管道的竖向土荷载分别进行了分析计算，得出了上埋式管道和沟埋式管道的土荷载特征，并对工程实践中土荷载设计方法的选择提了一些建议，希望能对埋地刚性管的竖向土荷载设计有所帮助。

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