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1、会计学1深埋管道的荷载深埋管道的荷载(hzi)计算计算第一页，共19页。基本概念基本概念n n1、静荷载、静荷载n n静荷载可分为垂直压强和水平压强：静荷载可分为垂直压强和水平压强：n n垂直压强与管道的埋深、形状和结构垂直压强与管道的埋深、形状和结构有关，简单计算方法如下有关，简单计算方法如下(rxi)：n n Pj=P路面路面+P填土填土+P自重自重 n n =(ni*k*h*L)+P自重自重第1页/共19页第二页，共19页。基本概念基本概念n n1、静荷载、静荷载n nni：超载系数：超载系数(xsh)（路面取（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）n nki：
2、回填土的集中系数：回填土的集中系数(xsh)（粘土取（粘土取1.2，砂土，砂土取取1.1）n n：单位体积的容重：单位体积的容重kg/m3（花砖（花砖1700，混凝土，混凝土2400，钢筋混凝土，钢筋混凝土2500，地下水位以上回填土，地下水位以上回填土1800，地下水位以下回填土，地下水位以下回填土2000）n nh：路面或填土或混凝土的厚度：路面或填土或混凝土的厚度n nL：构件断面外缘的宽度：构件断面外缘的宽度n nP管材自重管材自重=*t（：管材体积密度，：管材体积密度，t：管材厚度）：管材厚度）第2页/共19页第三页，共19页。基本概念基本概念n n2、活荷载、活荷载n n活荷载指各
3、种机动车辆活荷载指各种机动车辆(chling)在管道上在管道上方的路面行驶时，通过土壤传至管道的荷方的路面行驶时，通过土壤传至管道的荷重。（当管顶覆土深度小于重。（当管顶覆土深度小于50cm时，车辆时，车辆(chling)行驶速度的变化对地下管道产生行驶速度的变化对地下管道产生一定的冲击力）一定的冲击力）n n Ph=n G/ab第3页/共19页第四页，共19页。基本概念基本概念n n2、活荷载、活荷载压力扩散(kusn)宽度示意图第4页/共19页第五页，共19页。基本概念基本概念2、活荷载、活荷载压力(yl)扩散长度示意图第5页/共19页第六页，共19页。基本概念基本概念n n2 2、活荷载
4、、活荷载、活荷载、活荷载n nn n：荷载系数：荷载系数：荷载系数：荷载系数(xsh)(xsh)（覆土大于（覆土大于（覆土大于（覆土大于2525小于小于小于小于50cm50cm取取取取1.21.2，覆，覆，覆，覆土小于土小于土小于土小于2525取取取取1.41.4，覆土大于，覆土大于，覆土大于，覆土大于50cm50cm取取取取1 1）n nG G：汽车后轮总荷重：汽车后轮总荷重：汽车后轮总荷重：汽车后轮总荷重n na a：压力扩散面的宽度，：压力扩散面的宽度，：压力扩散面的宽度，：压力扩散面的宽度，mmn nb b：压力扩散面的长度，：压力扩散面的长度，：压力扩散面的长度，：压力扩散面的长度，
5、mmn n活荷载在道路中压力的分布角一般取活荷载在道路中压力的分布角一般取活荷载在道路中压力的分布角一般取活荷载在道路中压力的分布角一般取30453045，此处取，此处取，此处取，此处取3030n na=2H1*tg30+a=2H1*tg30+汽车轮距（汽车轮距（汽车轮距（汽车轮距（*2*2）+后轮着地宽度（后轮着地宽度（后轮着地宽度（后轮着地宽度（+汽汽汽汽车间距）车间距）车间距）车间距）n nb=2H1*tg30+b=2H1*tg30+后轮着地长度后轮着地长度后轮着地长度后轮着地长度第6页/共19页第七页，共19页。基本概念基本概念n n2、弯曲应力、弯曲应力n n管壁的弯曲应力（管道埋深
6、大于管壁的弯曲应力（管道埋深大于0.5米时）米时）n n =M/W=R02（K1P1+K2P2）/Wn n：弯曲应力（：弯曲应力（MPa）；）；n nK1：管道在静荷载作用下的弯矩系数：管道在静荷载作用下的弯矩系数(xsh)；n nK2：管道在活荷载作用下的弯矩系数：管道在活荷载作用下的弯矩系数(xsh)；n nR0：管厚中心半径：管厚中心半径R0=r+（R-r）/2（cm）；）；n nW：单位管长的管壁截面系数：单位管长的管壁截面系数(xsh)（cm3/cm）第7页/共19页第八页，共19页。基本概念基本概念n n2、弯曲应力、弯曲应力n n W=I/（/2）n nI：单位管长在管壁：单位管
7、长在管壁(un b)截面惯性矩截面惯性矩（cm4/cm）n n I=3/12n n：管壁：管壁(un b)厚度（厚度（cm）第8页/共19页第九页，共19页。基本概念基本概念n n2、直径、直径(zhjng)变形率变形率 n n =R03*（K1Pj+K2Ph）/（2EI）*100%n n E：管材的弹性模量（：管材的弹性模量（MPa）n n K1：管道在静荷载作用下，管道垂直方向：管道在静荷载作用下，管道垂直方向直径直径(zhjng)变形的计算系数；变形的计算系数；n n K2：管道在活荷载作用下，管道垂直方向：管道在活荷载作用下，管道垂直方向直径直径(zhjng)变形的计算系数；变形的计算
8、系数；第9页/共19页第十页，共19页。塑料管埋深塑料管埋深n n考虑管材强度、外部荷载、土壤状况、与其它管道交叉、地下水位、考虑管材强度、外部荷载、土壤状况、与其它管道交叉、地下水位、考虑管材强度、外部荷载、土壤状况、与其它管道交叉、地下水位、考虑管材强度、外部荷载、土壤状况、与其它管道交叉、地下水位、冰冻情况冰冻情况冰冻情况冰冻情况(qngkung)(qngkung)等因素来确定。等因素来确定。等因素来确定。等因素来确定。n n外部荷载包括回填土的自重（静荷载）和过往车辆的重量（活荷载）。外部荷载包括回填土的自重（静荷载）和过往车辆的重量（活荷载）。外部荷载包括回填土的自重（静荷载）和过往
9、车辆的重量（活荷载）。外部荷载包括回填土的自重（静荷载）和过往车辆的重量（活荷载）。n n土壤对管道的荷重，随着管顶覆土深度的增加而增加，而车辆等地面土壤对管道的荷重，随着管顶覆土深度的增加而增加，而车辆等地面土壤对管道的荷重，随着管顶覆土深度的增加而增加，而车辆等地面土壤对管道的荷重，随着管顶覆土深度的增加而增加，而车辆等地面活荷载随着管顶敷土的增加而减少，其联合作用荷载应通过计算确定，活荷载随着管顶敷土的增加而减少，其联合作用荷载应通过计算确定，活荷载随着管顶敷土的增加而减少，其联合作用荷载应通过计算确定，活荷载随着管顶敷土的增加而减少，其联合作用荷载应通过计算确定，结合管材强度，确定埋深
10、。结合管材强度，确定埋深。结合管材强度，确定埋深。结合管材强度，确定埋深。n n埋深计算根据塑料管在最不理想情况埋深计算根据塑料管在最不理想情况埋深计算根据塑料管在最不理想情况埋深计算根据塑料管在最不理想情况(qngkung)(qngkung)下所受到的压力和塑下所受到的压力和塑下所受到的压力和塑下所受到的压力和塑料管的抗压强度。料管的抗压强度。料管的抗压强度。料管的抗压强度。第10页/共19页第十一页，共19页。管道管道(gundo)基础基础n n1 1、影响地基的几个因素、影响地基的几个因素、影响地基的几个因素、影响地基的几个因素n n（1 1）强度及稳定性。当地基抗剪强度不足以）强度及稳
11、定性。当地基抗剪强度不足以）强度及稳定性。当地基抗剪强度不足以）强度及稳定性。当地基抗剪强度不足以支撑上部结构自重及附加支撑上部结构自重及附加支撑上部结构自重及附加支撑上部结构自重及附加(fji)(fji)荷载时，地基荷载时，地基荷载时，地基荷载时，地基就会产生局部或整体剪切破坏。就会产生局部或整体剪切破坏。就会产生局部或整体剪切破坏。就会产生局部或整体剪切破坏。n n（2 2）压缩及不均匀沉降。当地基由于上部结）压缩及不均匀沉降。当地基由于上部结）压缩及不均匀沉降。当地基由于上部结）压缩及不均匀沉降。当地基由于上部结构的自重及附加构的自重及附加构的自重及附加构的自重及附加(fji)(fji)
12、荷载作用而产生过大的荷载作用而产生过大的荷载作用而产生过大的荷载作用而产生过大的压缩变形时，特别是超过管道所能允许的不均压缩变形时，特别是超过管道所能允许的不均压缩变形时，特别是超过管道所能允许的不均压缩变形时，特别是超过管道所能允许的不均匀沉降时，则会引起管道过量下沉，接口开裂。匀沉降时，则会引起管道过量下沉，接口开裂。匀沉降时，则会引起管道过量下沉，接口开裂。匀沉降时，则会引起管道过量下沉，接口开裂。n n（3 3）地震造成的地基土震陷以及车辆的振动）地震造成的地基土震陷以及车辆的振动）地震造成的地基土震陷以及车辆的振动）地震造成的地基土震陷以及车辆的振动和爆破等动力荷载可能引起地基土失稳
13、。和爆破等动力荷载可能引起地基土失稳。和爆破等动力荷载可能引起地基土失稳。和爆破等动力荷载可能引起地基土失稳。n n（4 4）地基渗漏量或水力比降超过容许值时，）地基渗漏量或水力比降超过容许值时，）地基渗漏量或水力比降超过容许值时，）地基渗漏量或水力比降超过容许值时，会发生水量损失或因潜蚀和管涌而可能导致管会发生水量损失或因潜蚀和管涌而可能导致管会发生水量损失或因潜蚀和管涌而可能导致管会发生水量损失或因潜蚀和管涌而可能导致管道破坏。道破坏。道破坏。道破坏。第11页/共19页第十二页，共19页。预测预测(yc)荷载荷载n n绿化带：绿化带：绿化带：绿化带：n n预测荷载预测荷载预测荷载预测荷载(
14、hzi)=(hzi)=静荷载静荷载静荷载静荷载(hzi)Pj1=P(hzi)Pj1=P填土填土填土填土+P+P自重自重自重自重n n =(ni*k*h*L)+P =(ni*k*h*L)+P自重自重自重自重 n n =1.2*1.2*1800*H*1+*t =1.2*1.2*1800*H*1+*t n n =2592H+*t =2592H+*t（kgf/m2kgf/m2）n n90/9690/96水泥管：水泥管：水泥管：水泥管：Pj1=2592H+7.2Pj1=2592H+7.2（kgf/m2kgf/m2）n n90/100PVC90/100PVC：Pj1=2592H+8 Pj1=2592H+8
15、（kgf/m2kgf/m2）n n33/4033/40硅芯管：硅芯管：硅芯管：硅芯管：Pj1=2592H+5.6Pj1=2592H+5.6（kgf/m2kgf/m2）n n计算结果可知，计算结果可知，计算结果可知，计算结果可知，P P自重可忽略不计。为简化计算自重可忽略不计。为简化计算自重可忽略不计。为简化计算自重可忽略不计。为简化计算n n Pj=2592H Pj=2592H第12页/共19页第十三页，共19页。预测预测(yc)荷载荷载n n人行道：人行道：n n 预测预测(yc)荷载荷载=静荷载静荷载+活荷载活荷载n n =Pj2+P人人n n =P路面路面+P填土填土+P自重自重+P人人
16、n n =1.1*1*2400*H1*1+1.2*1.2*1800*H2*1+P自重自重+350（kgf/m2）n n（H1取取0.2，则，则P=2592H+10+P自重自重+350）第13页/共19页第十四页，共19页。预测预测(yc)荷载荷载n n慢车道：慢车道：n n预测预测(yc)荷载荷载=静荷载静荷载+活荷载活荷载n n =Pj2+26000/（1.1547H+5.5）*（1.1547H+0.2）（）（kgf/m2）第14页/共19页第十五页，共19页。预测预测(yc)荷载荷载n n行车道：行车道：n n预测预测(yc)荷载荷载=静荷载静荷载+活荷载活荷载n n=Pj2+1.2*31
17、200/(1.1547H+5.5)*(1.1547H+0.2)（kgf/m2）第15页/共19页第十六页，共19页。预应力计算预应力计算(j sun)n n90/100PVC:90/100PVC:n n =6*0.04752*=6*0.04752*（0.132*Pj+0.076*Ph0.132*Pj+0.076*Ph）/0.0052 /0.0052 n n =542*=542*（0.132*Pj+0.076*Ph0.132*Pj+0.076*Ph）n n绿化带下，绿化带下，绿化带下，绿化带下，PhPh取取取取0 0，得，得，得，得=185442H=185442Hn n 安全系数取安全系数取安全
18、系数取安全系数取5 5，管材允许的弯曲受拉极限为，管材允许的弯曲受拉极限为，管材允许的弯曲受拉极限为，管材允许的弯曲受拉极限为9.27H(MPa)9.27H(MPa)n n慢车道下慢车道下慢车道下慢车道下n n =185442H+1070992/(1.1547H+5.5)*(1.1547H+0.2)=185442H+1070992/(1.1547H+5.5)*(1.1547H+0.2)n n 安全系数取安全系数取安全系数取安全系数取5 5n n =9.27H+53.55/(1.1547H+5.5)*(1.1547H+0.2)=9.27H+53.55/(1.1547H+5.5)*(1.1547H
19、+0.2)n n 目前目前目前目前(mqin)(mqin)管材允许的弯曲受拉强度最大为管材允许的弯曲受拉强度最大为管材允许的弯曲受拉强度最大为管材允许的弯曲受拉强度最大为max80MPa max80MPa 第16页/共19页第十七页，共19页。直径直径(zhjng)变形率变形率n n管道在荷载作用下的直径变形管道在荷载作用下的直径变形管道在荷载作用下的直径变形管道在荷载作用下的直径变形(bin xng)(bin xng)率率率率n n=R03*=R03*（K1Pj+K2PhK1Pj+K2Ph）/（2EI2EI）*100%*100%n n 90/100PVC 90/100PVC：n n =0.0
20、000171475*=0.0000171475*（0.132*Pj+0.076*Ph0.132*Pj+0.076*Ph）n n 慢车道下：慢车道下：慢车道下：慢车道下：n n =0.0000171475*(259.2H+1976/(1.1547H+5.5)*(1.1547H+0.2)=0.0000171475*(259.2H+1976/(1.1547H+5.5)*(1.1547H+0.2)n n安全系数取安全系数取安全系数取安全系数取1.51.5，n n=0.00002572*(342H+1976/(1.1547H+5.5)*(1.1547H+0.2)=0.00002572*(342H+197
21、6/(1.1547H+5.5)*(1.1547H+0.2)n n 5%5%第17页/共19页第十八页，共19页。埋深计算结果埋深计算结果管材埋深活荷载(t)弯曲应力kgf/m2安全系数取5Mpa800.520539240.956226962047.8126.96204781直径变形率安全系数取1.5超载系数取1.20.5400.0163995740.019012826管材埋深管壁厚度管材内径活荷载(t)弯曲应力kgf/m2安全系数取5Mpa800.70.00350.1401567994.80878399740.3878.39974038直径变形率(%)%安全系数取1.5超载系数取1.20.70.00350.1252.6975612624.0463418934.503716794第18页/共19页第十九页，共19页。