cecs141:2002_给水排水工程埋地钢管管道结构设计规程.pdf
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1、F ftbCECS 141 : 200 2中国工程建设标准化协会标准给水排水工程 埋地钢管管道结构设计规程S p e c i f i c a t i o n f o r s t r u c t u r a l d e s i g n o fb u r i e d s t e e l p i p e l i n e o f wa t e rs u p p l y a n d s e w e r a g e e n g i n e e r i n g中国工程建设标准化协会标准给水排水工程 埋地钢管管道结构设计规程S p e c i f i c a t i o n f o r s t r u c t
2、 u r a l d e s i g n o fb u r i e d s t e e l p ip e l i n e o f w a t e rs u p p l y a n d s e w e r a g e e n g i n e e r i n gCE CS 1 4 1 : 2 0 0 2主编单位: 北京市市政工程设计研究总院 批准单位 中国工程 建设标 准化 协会施行日期 2 0 0 3 年3 月1 日前言本规程的内容原属于 给水排水工程结构设计规范 G B J 6 9 -8 4中第七章。为了逐步与国际接轨, 方便工程应用和今后修订, 现按照中国工程建设标准化协会( 9 4 ) 建
3、标协字第 1 1号 关于下达推荐性标准编制计划的函 的要求进行修订。并独立成本 。本规程系根据国家标准 建筑结构可靠度设计统一标准 G B 5 0 0 6 8和 工程结构可靠度设计统一标准 G B 5 0 1 5 3规定的原则,采用以概率理论为基础的极限状态设计方法编制, 并与有关的结构专业设计规范协调一致。本规程在修订过程中, 总结了近十多年来原 给水排水工程结 构设计规范 G B J 6 9 -8 4的工程实践经验, 吸取了国外相关标准的内容, 并经中国工程标准化协会管道结构委员会多次讨论, 使内容有了充实和完善。根据国家计委标 1 9 8 6 1 6 4 9 号文 关于请中国工程建设标准
4、化委员会负责组织推荐性工程建设标准试点工作的通知 的要求, 现批准协会标准 给水排水工程埋地钢管管道结构设计规程 , 编号为 C E C S 1 4 1 : 2 0 0 2 , 推荐给工程建设设计、 施工、 使用单位采用 。本规程第 3 . 1 . 1 , 3 . 2 . 1 , 5 . 1 . 5 , 5 . 2 . 2 , 5 . 2 . 4 , 5 . 2 . 5 , 5 . 3 . 3 , 8 . 0 . 1 , 8 . 0 . 7 , 8 . 0 . 9 , 8 . 0 . 1 0 条建议列人 工程建设标准强制性条文 。本规程由中国工程建设标准化协会管道结构委员会 C E C S /
5、 T C 1 7 ( 北京西城区月坛南街乙二号北京市市政工程设计研究总院, 邮编 : 1 0 0 0 4 5 ) 归口管理 , 并负责解释。在使用中如发现需要修改或补充之处, 请将意见和资料径寄解释单位。主 编 单 位:北京市市政工程设计研究总院主要起草 人:刘雨生沈世杰潘 家多钟启承中国工程建设标准化协会2 0 0 2 年 1 2月 2 5日目次1总则 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6、 . 1 2 主要符号 23 材料 5 4 钢管管道结构上的作用 6 5 基本设计规定 t o 6 承载能力极限状态计算 3 77 刚度验算 4 1S 构造规定 . . 4 2 附录 A 钢管管道在各种荷载作用下的最大弯矩系数和竖向变形系数 . . . . . 4 3 附录 B 管侧土的综合变形模量 4 4 本规程用词说明 , 2 4 附: 条 文说明 、 2 51 总则1 . 0 . 1 为了在给水排水工程埋地钢管管道结构设计中. 贯彻执行国家的技术经济政策, 做到技术先进、 经济合理、 安全适用、 确保质 量, 制订本规程。1 . 0 . 2 本规程适用于城、 镇公用设施和工业企业中一般给
7、水排水 工程埋地焊接钢管管道结构设计, 其埋设条件为素土平基或人工土弧基础 。本规程不适用于工业企业中具有特殊要求的埋地钢管管道结构设计 。 1 . 0 . 3 本规程是根据现行国家标准 给水排水工程管道结构设计 规范 G B 5 0 3 3 2 规定的原则编制的。1 . 0 . 4对于建设在地震区、 湿陷性黄土或膨胀土等特殊条件地 区 的给水排水工 程埋地钢管管道结构, 其设计尚应符合国家现行有关标准的规定。 1 . 0 . 5 钢管管道施工时, 尚应遵守现行国家标准 给水排水管道工程施工及验收规范 GB 5 0 2 6 8的规定。2 主 要 符 号2 . 0 . 1 管道上 的作用 和作用
8、效应F 、 管内真空 压力标准值;F 、 ,k 浮托力标准值;凡 , k 管道单位长度上管顶竖向土压力标准值;F n k 管道的工作压力标准值;F . a .k 管道的设计内水压力标准值;F ,k -温度作用标准值;Gk -钢管管道结构自重标准值;G w k 管道内水重标准值;9 . k 地面车辆轮压产生的管顶处的单位面积上竖向压力标准值;9 m k 地面堆积荷载产生的竖向 压力标准 值;z u m管道的最大竖向变形。2 . 0 . 2 材料性能E , -钢管管材弹性模量;E , 管侧向填土的变形模量;E基槽两侧原状土的变形模量;E , 管侧土的综合变形模量;户一 钢管管材或焊缝的强度设计值;
9、a -钢管管材的线膨胀系数;Y , 回填土重度;I 钢管管材的泊桑比;v , 回 填土的 泊桑比。 2 . 0 . 3 几何参数Q 单个车轮着地分布长度;b 单个车轮着地分布宽度;b a -管壁计算宽度;D, 管道外壁直径;D o -管道的计算直径;H, -管顶至设计地面的覆土高度;r o -管的计算半径;r , 管的外壁半径;t 管壁设计厚度;l a -管壁计算厚度。 2 . 0 . 4 计算系数C . -钢管管道结构的自重效应系数;C.竖向土压力效应系数;C G w 管道内水重效应系数; C Q . a 、 C Q , 、 C Q o, 1 C Q , . C Q , 分别为设计内 水压力
10、、 地面 车辆荷载、地面堆积荷载、 温度作用和地基不均匀沉降的效应系数;D L 变形滞后效应系数; k _k 、 k - 分别为钢管管道结构自 重、 竖向 土压力和管内水重作用下柔性管管壁截面的最大弯矩系数;k b竖向压力作用下柔性管的竖向变形系数;K , 抗滑稳定性抗力系数;K管壁截面的设计稳定性抗力系数;K , 抗浮 稳定性抗力系数; Y G 1 . Y c. , 7 G . I Y . . 分别为管道结构 自重、 竖向土压力、 管内水重和地基不均匀沉降的分项系数;Y Q 设计内水压力、 地面车辆荷载、 堆积荷载和温度作用的分项系数;S N 可变作用的 组合系数;3 .Y 9 可变作用的准
11、永久值系数。3 材料3 . 1 材 质 标 准3 . 1 . 1 钢管的管材强度等级不应低干Q 2 3 5 , 其质f应符合现行国家标准 碳索结构钢) G B / T 7 0 。的要求。 3 . 1 . 2 钢管的焊接材料应符合下列要求:1 手工焊接用的焊条, 应符合现行 国家标 准 碳钢焊条 G B / T 5 1 1 7 的要求。选用的焊条型号应与钢管管材力学性能相适 应 。2 自动焊或半自动焊应采用与钢管管材力学性能相适应的焊丝和焊剂。焊丝应符合现行国家标准 熔化焊用钢丝 G B / T 1 4 9 5 7的要求。3 . 2 计 算 指 标3 . 2 . 1 钢管管材和焊缝的强度设计值.
12、 应根据现行国家标准 钢结构设计规范 G B 5 0 0 1 7的规定采用。 3 . 2 . 2 钢材的物理性能指标应按表 3 . 2 . 2采用。裹3 . 2 . 2 锅材的物理性能指标弹性模 量 E ,( N / . . )重度 7 .( k N / m )线膨 胀系 数 Q( 以每 计) tr2 . 0 6 冰 1 0 57 8 . 51 2 X 1 0- 00 . 34 钢管管道结构上的作用4 . 1 作用分类和作用代表值4 . 1 . 1 钢管管道结构上的作用可分为水久作用和可变作用两类:1 永久作用应包括管道结构 自重、 竖向土压力、 管道内水重和地基的不均匀沉降。2 可变作用应包
13、括管道内的设计内水压力、 管道真空压力、地面堆积荷载、 地面车辆荷载、 地下水浮力和温度变化作用。 4 . 1 . 2 钢管管道结构设计时, 对不同性质的作用应采用不同的代表值。作用标准值为作用的基本代表值。对永久作用, 应采用标准值作为代表值。对可变作用, 应根据设计要求采用标准值、 组合值或准永久值作为代表值。作用的组 合值或准永久值, 应为作用的标准值乘以作用的组合系数或准永久值数。 4 . 1 . 3 当钢管管道结构承受两种或两种以上可变作用, 且按承载能力极限状态的作用效应基本组合进行设计时, 可变作用应采用组合值作为代表值 。 4 . 1 . 4 当按正常使用极限状态的作用效应准永
14、久组合进行设计时, 可变作用应采用准永久值作为代表值。4 . 2 永久作用标准值4 . 2 . 1 钢管管道结构自 重标准值可按下式计算:G =0 , 0 0 1 ya Do t ( 4 . 2 . 1 )式中G , .钢管管道结构自重标准值( k N/ m ) ;D o -钢管管道 的计算直径, 按 圆心至管壁中线计算( m ) ;t 管壁设计厚度( m m ) ;Y e , -钢管管材重度, 按表 3 . 2 . 2采用。 4 . 2 . 2 作用在钢管管顶的竖向土压力, 其标准值应按下式计算:F. , k =r . H, D, ( 4 . 2 . 2 )式中F , ,、 竖向土压力标准值
15、( k N/ m) ;Y , 回填土重度( k N / m ) ;H, -管顶至设计地面的覆土高度( m) ;D , 管外壁直径( m ) ,4 . 2 . 3 钢管管道内水的重度标准值 Y . 可取 l O k N / m o 4 . 2 . 4 地基不均匀沉降的标准值, 应按现行国家标准 建筑地基基础设计规范%B 5 0 0 0 7的规定计算确定。4 . 3 可变作用标准值、 准永久值系数4 . 3 . 1 钢管管道设计内水压力的标准值, 应按下列规定计算:1 对给水工程, 可按下式计算:F , k =F.k +0 . 5 ( 4 . 3 . 1 - 1 )式中F , -钢管管道的设计内水
16、压力标准值, 取不小于0 . 9 ;F w k -钢管管道的工作压力标准值( MP a ) ,2 对排水工程, 可按下式计算:F.k =1 . S F k ( 4 . 3 . 1 - 2 ) 4 . 3 . 2 钢管管道在运行过程中可能产生的真空压力, 其标准值 F ,k 可取0 . 0 5 MP a , 准永久值系数可取汽= 0 , 4 . 3 . 3 地面堆积荷载产生的竖向压力标准值q m k 可取 l O k N / m ,准永久值系数可取, , , = 0 . 5 , 4 . 3 . 4 地面车辆轮压产生的管顶处竖向压力标准值及其准永久值系数, 可按下列规定确定:1 单个轮压产生的管顶
17、处竖向压力标准值, 可按下式计算( 图 4 . 3 . 4 - 1 ) :U a Q . k ( a +1 . 4 z ) ( b +1 . 4 z )( 4 . 3 . 4 - 1 )式中Q A 车辆的单个轮压标准值( k N ) ;Q r k 地面车辆轮压产生的管顶处单位面积上竖向压力标准 值( k N / m ) ;脚动力系数, 按表4 . 3 . 4 - 1 采用;a 单个车轮的着地分布长度( m ) ;b 单个车轮的着地分布宽度( m) ;z 车行地面至管顶的距离( m ) ,表4 . 3 . 4 - 1 动力系数u .地 面至 管顶 的 距 离( m)(O . 2 50 . 30
18、. 40 . 50 . 6O . 7产 d1 . 31 . 2 51 . 21 . 1 51 . 0 51 . 0( a ) 沿轮胎 着地 宽度 的传递( b ) 沿 轮胎着 地长度 的传递图4 . 3 . 4 - 1 地面车辆单个轮压的传递分布2 两个以上轮压产生的管顶处竖向压力标准值, 可按下式计算( 图 4 . 3 . 4 - 2 ) :n / a Q . k( a + 1 . 4 z ) ( n b +名d ; l . 4 z )( 4 . 3 . 4 - 2 )式中n 车轮总数量;d 地面相邻两个轮压间的净距( m) ,3 地面车辆运行荷载的准永久值系数, 应 取人=0 . 5 0
19、4 . 3 . 5 温度作用标准值可按管道闭合温差士2 5 计算, 准永久值 系数可取A告1 . 0 . 4 . 3 . 6 地下水的浮托力标准值应按最高地下水位计算, 地下水的重度标准值可取 l O k N/ m 。Q ,t I Q d 2 创 0 ,7 .( a ) 伦轮 胎着地 宽度 的传递:、 Q.( b ) 沿轮胎 着地 长度 的传递 图4 . 3 . 4 - 2 地面车辆两个以上轮压的传递分布5 基本设计规定5 . 1 一 般 规 定5 . 1 . 1 本规程采用以概率理论为基础的极限状态设计方法, 以可 靠指标度量管道结构的可靠度。除管道稳定验算外, 均采用分项系数设计表达式进行
20、设计。5 . 1 . 2 钢管管道结构应按下列两种极限状态进行设计:1 承载能力极限状态: 管道结构达到最大承载能力, 管壁因材料强度被超过而破坏; 管道结构作为刚体失去平衡而上浮或滑 移; 管壁截面丧失稳定。2 正常使用极限状态: 管道的竖向变形超过正常使用的变形。 5 . 1 . 3 在确定结构分析模型时, 钢管管道按柔性管计算, 并按弹性体系计算内力, 不考虑非弹性变形引起的内力重分布。 5 . 1 . 4 土弧基础设计和施工采用的土弧中心角度, 应按下列规定 确定:1 应在结构计算采用的土弧中心角的基础上增加 1 5 0 - 2 0 0 ;2 对素土平基敷设的管道, 可按土弧中心角为2
21、 0 。 计算。 5 . 1 . 5 埋地钢管管道, 当其敷设方向改变处的一侧或两侧设有柔性接头时. 应对敷设方向改变处进行抗滑稳定验算, 抗滑稳定性抗力系数K . 不应小于 1 . 5 o 5 . 1 . 6 当采用重力式支墩或桩基抗滑时, 应按相应规范的规定验 算; 当采用钢管管道与土壤间的摩擦力抗滑时, 所需要的管道长度应按本规程第 6 . 2 . 4 条的规定进行验算。5 . 2 承载能力极限状态计算规定5 . 2 . 1 钢管管道结构按承载能力极限状态进行强度计算时, 结构上的各种作用均应采用作用设计值。作用设计值应为作用分项系数与作用代表值的乘积。 5 . 2 . 2 钢管管道结构
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- cecs141 2002 给水 排水工程 钢管 管道 结构设计 规程
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