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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 f b u r i e d s t e e l p i p e l i n e o f wa t e r s 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 f b u r i e d s t e e l p ip e l i n e o f w a t e r s 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)建标协字第 1
3、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 B5 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化委员会负责组织推荐性工程建设标
4、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/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
5、 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.12 主要符号 23 材料 54 钢管管道结构上的作用 65 基本设计规定 t o6 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
6、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
7、道上 的作用 和作用效应 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;a-钢管管材的线膨胀系
8、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、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;
9、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
10、 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.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/
11、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
12、。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
13、.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(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 o4.2.4 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)
14、式中F,-钢管管道的设计内水压力标准值，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
15、)(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 50.30.40.50.6O.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
16、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 04.3.5 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
17、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
18、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 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 o5.1.6 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
19、。5.2.2 钢管管道结构进行强度计算时，应满足下列要求:Y o S(R (5.2.2)式中Y o-管道结构，要性系数.应根据现行国家标准 给水排 水工程管道结构设计规范 G B 5 0 3 3 2的规定采用。对给水翰水管道，当单线输水时取 1.1.双线输水和 配水管道取 1.0;污水管道取 1.0;雨水管道取。.，;S 作用效应组合的设计值;R-钢管管道结构抗力设计值，应按第 3.2节的规定确 定。5.2.3 钢管管道进行强度计算时，作用效应的基本组合设计值应按下式确定:S-Y G 1 几 G I k+Y G-C F _ k+Y G w C G w G w k+Y G a C Q s A S
20、+叭Y O (C(I-d F e.k+C Q,4.k+C a m 4 k+C Q,F,k)(5.2.3)式中y G l-钢管管道结构自重分项系数，取 1.Z J Y G,a.Y G 竖向土压力、地基不均匀沉降分项系 数，取 1.2 7;Y G w 管内水重分项系数，取 1.2;C G 1 I 几，5、几*分别为钢管管道结构自重、竖向土压 力及管内水重的效应系数;Y Q 设计内水压力、地面车辆荷载、地面 堆积荷载和温度作用的分项系数，取 1.4;几.d.C Q、C Q.C Q,.q分别为设计内水压力、地面车辆荷 载、地面堆积荷载、温度作用和地基 1 1 不均匀沉降的效应系数;G l k钢管管道结
21、构自重标准值(k N/m);F,.k 管道单位长度上管顶竖向土压力标 准值;F,k 管道的设计内水压力标准值;G w k管道内水重标准值;Q 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;、-地面堆积荷载产生的竖向压力标准 值;F,k-温度作用标准值;O.s 地基不均匀沉降标准值;沪 可变作用的 组合系数，取。.9.5.2.4 对管壁截面进行稳定验算时，各种作用均应采用标准值.并满足设计稳定性抗力系数K 不低于2.0 的要求。5.2.5 对埋地在地下水水位以下的钢管道，应根据最高地下水水位和管道复土条件验算抗浮稳定性。验算时各种作用应采用标准值，并应满足抗浮稳定性抗力系数 K不低于
22、1.1 的要求。5.2.6 按承载能力极限状态计算时，各种作用组合的工况应按表5.2.6的规定采用。表 5.2.6按 承 载 能 力 极 限 状 态 计 旅 的 作 用组 合续衰5.2.计算项 目计 算工 况永久 作用可变作 用竖向 土 压 力 F管 内水重G，ff AR G 不 均匀沉降 4 s设计内水压力F.a地面车辆荷载 叼侧地 面堆 积荷 载 9 m真空压力F盟温度作用F管壁稳定验算1丫甲丫2丫丫丫注:表 中“丫”标 记的作 用 为相 应 工况 应予 计算 的 项 目，“”标记 的作 用 应按 具 体设计 条件 确定采 用.5.3 正常使用极限状态验算规定5.3.1 钢管管道按正常使用
23、极限状态验算时，各种作用效应均应采用作用代表值计算。5.3.2 钢管管道按正常使用极限状态进行变形验算时，作用效应设计值 S d 可按下式计算:S d 几-F.,+C Q 人 4,k (5.3.2)式中9 jk 地面车辆荷载 4.，或地面堆积荷载 4.k，应根据设计 条件采用其中较大者。5.3.3 钢管管道在准永久组合作用下，最大竖向变形限值应按下列规定 采用:1 当内防腐为水泥砂桨时，最大竖向变形不超过0.0 2 D o0.0 3 Do;2 当内防腐为延性 良好的涂料时，最大竖向变形不应超过0.0 3 D,-0.0 4 D.,6 承载能力极限状态计算6.1 强 度 计 算6.1.1 钢管管道
24、的强度计算，应满足下列要求:vp e f (6.1.1-1)Y o a-K.,(F-k+q;k)(6.2.1)式中 F+.k-钢管管壁截面的临界压力(N/m m );F.k-管内 真空压力标准值(N/m m );K.,-钢管管壁截面的设计稳定性抗力系数，应按第 5.2.4 条的规定采用。6.2.2 钢管管壁截面的 临界压力应按下式计算:1 5 _2 二(矛一1)t、，凡 F-。一军兰 斗竺 一二(-)+二尸r一共卜=尸 丈 (6.2.2)3(1 一，o，)、D a 了 2(n，一1)(1+v,)式中n-钢管管壁失稳时的折给波数，其取值应使 F 为最 小并为不小于 2 的正整数;v,-钢管两侧胸
25、腔回填土的泊桑比，应根据土工试验确 定。6.2.3 钢管管道的抗浮验算，应满足下式的要求:习F c k)K,F,w,k (6.2.3)式中E凡、各种抗浮作用标准值之和;F;.k浮托力标准值;凡抗浮稳定性抗力系数，应按第 5.2.5 条的规定采 用。6.2.4 当钢管管道在敷设方向改变处一侧或两侧有柔性接头时，柔性接头距敷设方向改变处的距离l 应满足下式的要求:l 凡凡,.,A(1 二 C O S,经一士几(6.2.4-1)A 一 4(D,一2 0(6.2.4-2)式中A-钢管横截面流水面积(m );F,.k-钢管管道的设计内水压力标准值(k N/m );6.2.5式中K,抗滑稳定性抗力系数，按
26、5.1.5 的 规定采用;F a-管道单位长度摩擦力标准值(k N/m);a-管道转角;管道单位长度摩擦力标准值 F。可按下式计算:F,一-2-1,，二 D(。，+合。+警)+户(D,一 2 0 (6.2.5)t 4-钢管管道与土壤间的 摩擦系 数，应根据试验确定;当 缺乏试验资料时，可采用。.2 5-0.4.7 刚 度 验 算7.0.1 钢管管道在准永久组合作用下的最大竖向变形验算，应满足下式要求:w a.m.(P D a (7.0.1)式中。、管道在准永久组合作用下的最大竖向变形;D,管道的计算直径，可按管壁中 心计算;91 变形百分率，按第5.3.3 节的规定采用。7.0.2 钢管管道在
27、准永久组合作用下的最大变形竖向we.，应按下式计算:乞 叹 dm.盆D,K,r o(F.t+$.4 ik D,)E,I,+0.0 6 1 E,雌(7.0.2)式中 D,变形滞后效应系数，取 1.0.1.5;K,竖向压力作用下柔性管的竖向变形系数，按附录 A 确定;几钢管管壁纵向截面单位长度的截面惯性矩(mm ).8 构 造 规 定8.0.1 钢管管道的设计厚度应采用计算厚度加构造厚度，构造厚度为 2 mm,8.0.2 钢管件的管壁设计厚度，应采用直管管壁的设计厚度加 1 2 m m,8.0.3 钢管件中的三通、四通、叉通等的开孔处，应进行孔洞加固。8.0.4 钢管施工制作的 下列指标，应在有关
28、的设计文件中 规定。1 管子制作的椭圆度不得大于。.O I D,;在管节的安装端不得大于0.0 0 5 D,2 对接管节的管端切 口角应吻合，误差不应超过壁厚的 1/4。管端接口间隙量不得大于 2.5 mm，当不符合要求时应补加短管连接。3 对接管口的中心偏差，当管径小于 1 2 0 0 mm时不得大于l mm;当管径不小于 1 2 0 0 mm时不得大于2 m m,4 对接管节的管口平面偏差不得大于1.5 m m,5 组装管节时，管节的纵向焊缝应放置在与铅直线成 4 5 0 的部位，并应将相邻管节的纵向焊缝位置错开。6 钢管的对接焊缝应予焊透。制作时，其对接焊缝的质量等级应不低于二级并符合设
29、计文件的要求。施工安装时，其对接环向焊缝的质量应符合 给水排水管道工程施工及验收规范 G B5 0 2 6 8 的规定。8.0.5 管壁上的开孔和接人支管部位应避开焊缝，且不应开设矩形孔洞。8.0.6 当钢管管道采用人工土弧基础时，人工土弧基础应采用中 1 8粗砂或细碎石铺设。管底以上部分人工土弧砂基础的尺寸可根据工程需要的砂基角度确定。管底以下部分人工土弧砂基础的厚度可按下式确定，但不宜大于0.3 m,h,)0.1(1+D)(8.0.6)式中h,管底以下部分人工土弧砂基础厚度(m);D-管内径(m)。8.0.7 管道周围回坟土的压实系数，应在有关的设计文件中明确规定。当管底以下部分为人工土弧
30、苍础时，压实系数不应大于0.9,管底以上部分的人工土弧基础和管两侧胸腔部分的回坡土压实系数，应根据设计要求确定。8.0.8 施工中应严格控制管道竖向变形。当 管道直径较大，管顶覆土较深时，应采用预加变形等措施。8,0.9 钢管管道内外壁的防腐做法.必须符合国家现行有关标准的规定。8.0.1 0 钢管用于输送饮用水的给水工程管道时，其内防腐材料必须符合国家现行有关卫生标准的要求，确保对人体健康无害。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钢管道在各种荷载作用下的最大弯矩系数和竖向变形系数可按表 A采用。表A.大寄矩系傲和竖向变形系数项目土弧基 础中心 角2 0 06 0 0
31、9 0 01 2 0 01 5 0 0弯矩 系数管 道 自 重 k e m竖 向土压 力 k,m管内水 重 k,0.2 0 20.2 5 50.2 0 20.1 3 40.1 8 90.1 3 40.1 0 20.1 5 70.1 0 20.0 8 30.1 3 80.0 8 30.0 7 70.1 2 80.0 7 7变 形系数竖 向压 力 k n0.1 0 90.1 0 30.0 9 60.0 8 90.0 8 52 0附录B 管侧土的综合变形模量B.0.1 管侧土的综合变形模量应根据管侧回填土的土质、压实密度和基槽两侧原状土的土质，综合评价确定。B.0.2 管侧土的综合变形模量凡 可按下
32、式计算:凡=#E.(B.0.2)式中E.管侧回填土在要求压实密度下的变形模量(MP a),应根据试 验确定;当缺 乏试验 数据 时，可按表 B.0.2-1 采用;E 一 与 B r(管中心处槽宽度)和 D,的比值及 E。与基槽 两侧原状土变形模量 E 的比值有关的计算参数，按表 B.0.2-2 确定。衰B.0.2-1 管侧回坟土和材侧原状土的变形模，(MP a)一-主 竺 实 系 4k(%)8 59 09 51 0 0 一腿延泣4 N 共1 4 1 4 N 簇 2 4 2 4 5 0砾 石、碎石571 02 0砂砾、砂 夹石，细 粒土含 量不 大于 1 2%3571 4同 上，细 拉土 含2
33、大于 1 2%1351 0枯性土或粉土(v,L;#1C(%8 5909510 0 的 一哭翅 远 石4 N簇 1 41 4 N 簇2 4 2 4 5 0枯性土或粉土(W L 5 0 0/a).砂 粒含 量小于 2 5 写137注:1 表中数 值适用 于 1 0.以下硕 土;当砚 土超过 1 0.时，上表 数值偏 低;2 回城 土的变 形模 量 E。可按 要求 的压 实 系数采 用，表 中 的压 实系 数%)指设计 要求 回埃土 压实后 的干 密度 与该 土相 同压 实 能量 下最 大干 密度 的 比值;3 基槽两侧原状土的变形模量E。可按标准贯人度试验锤击数确定;4 二 为粘性土的液限 5 细
34、粗土 指粒径 小 于。0 7 5.m 的土 r 6 砂粒指粒 径为。.0 7 5 2.O m m 的土。袅 B.0.2 一 2计算 参 数 FBJ D,E,/1.52.02.53.04.05.00.13.0 62.0 41.6 31.4 01.1 71.0 50.22.5 01.8 31.5 21.3 41.1 51.0 40.41.8 01.3 51.3 51.2 41.1 11.0 30.61.4 31.2 91.2 11.1 51.0 71.0 20.81.1 81.1 81.0 91.0 71.0 31.0 11.01.0 01.0 01.0 01.0 01.0 01.0 0l t s
35、0.7 30.7 80.8 20.8 60.9 30.9 82.00.5 70.6 40.70.7 60.8 60.9 52.50.4 70.5 40.6 10.6 80.8 10.9 33 00.4 00.4 70.5 40.6 10.7 60.9 04.00.3 00.3 70.4 40.5 10.6 70.8 75.00.2 50.3 00.3 70.4 30.6 10.8 322本规程用词说明 一、为便于在执行本规程条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下:1 表示很严格，非这样做不可的:正面词采用“必须”;反面词采用“严禁”。2 表示严格，在正常情况下均应这样做的:正面词采用
36、“应”;反面词采用“不应”或“不得”。3 表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的:正面词采用“宜”或“可”;反面词采用“不宜”。二、条文中指定应按其他有关标准执行时，写法为“应按执行”或“应符合要求(或规定)”。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CE CS 1 4 1:2 0 0 2条文说明目次1 总则 .2 92 主要符号 ，3 03 材料 .3 14 钢管管道结构上的作用 3 25 基本设计规定 3 46 承载能力极限状态计算 3 77 刚度验算 4 08 构造规定 ，4 1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 2附录
37、B 管侧土的综合变形模量 4 31总则1.0.1.1.0.2 本设计规程是对原规范 给水排水工程结构设计规范 G B J 6 9-8 4中第七章钢管一节的修订，主要适用于城镇公用设施及工业企业中一般给水排水工程埋地钢管管道的结构设计。按照过去市政工程的习惯，埋地钢管管道较多用于给水工程的输水管线和配水管网中。近年来，有些排水和污水资源化再利用工程也采用了埋地钢管管道。为此，本规程修订后适当增加了在排水工程中应用的条款。1.0.3 本条明确本规程是按照现行国家标准 给水排水工程管道结构设计规范 G B 5 0 3 3 2 规定的原则进行编制。在结构设计上采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，改
38、变了原 给水排水工程结构设计规范 G B J 6 9-8 4中采用的单一安全系数设计方法。同时，将原 给水排水工程结构设计规范 G B J 6 9-8 4中的柔性管设计模式，由原苏联 J I.M.E M e n b 5 I H O B提出的模式(以下简称“耶式”)改为国际通用的美国 S p a n g l e r 模式(以下简称“斯式”)。这是本次修订的主要方面。1.0.4 本条说明，对于承受偶然荷载的或修建在特殊地基上的钢管管道，如地震区、湿陷性黄土或膨胀土等地区，应按照国家现行的有关标准进行设计，本规程不再重复规定。1.0.5 埋地钢管管道属柔性管道，回填土的质量等对钢管管道受力的影响至关
39、重要。因此，本条强调在施工中除符合本规程的有关规定外，尚应符合现行国家标准 给水排水管道工程施工及验收规范 G B 5 0 2 6 8的规定。2 主 要 符 号2.0.1,2.0.3 本节给出的主要符号，其构成方法以及主体符号和上、下标用字等，均按照 工程结构设计基本术语和通用符号 G B J1 3 2-9 0的规定确定。3 村料3.1 材 质 标 准3.1.1 本条规定了用于钢管管道的钢材，一般均采用 Q2 3 5 钢，其力学性能和化学成份应符合现行国家标准 碳素结构钢)G B/T7 0。的要求。对于重要的城市给水工程的输水管道，宜选用性能优良的平炉和氧化转炉生产的镇静钢。3.1.2 本条规
40、定了钢管焊接材料的质量要求，以 保证钢管连接材料的强度等指标不低于母材的相关指标。3.2 计 算 指 标3.2.1 本条规定，钢管的强度设计值应按照 钢结构设计规范GB 5 0 0 1 7的规定采用。3.2.2 本条给出了钢材的物理力学性能指标4 钢管管道结构上的作用 4.1 作用的分类和作用的代裹值4.1.1 本条针对施加于给水排水工程埋地钢管管道结构上的各种作用，根据 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，分为永久作用和可变作用两类。与原 给水排水工程结构设计规范G B J 6 9-8 4 相比，在永久作用中增加了管道结构 自重和管道内水重。对于大口径钢管道，
41、此两项作用引起的内力不可忽略。4.1.2-4.1.4 均按照 给水排水水工程管道结构设计规范 G B5 0 3 3 2 规定的 原则确定。4.2 永久作用标准值4.2.1-4.2.3 在永久作用标准值中，管道结构自重、管顶竖向土压力和管道内水重等的计算方法均参照 给水排水工程管道结构设计规范)G B 5 0 3 3 2的规定采用。与原 给水排水工程结构设计规范 G B J 6 9-8 4 相比，将竖向 土压力标准值的计算，由 按刚性管道计算改为按柔性管道计算。4.3 可变作用标准值、准永久值系数4.3.1 1 设计内水压力标准值与工作压力标准值的关系，是沿用原 给水排水土程结构设计规范 G B
42、 J 6 9-8 4中对给水管道的要求。式中。.5 MP a 的数值，主要是考虑施工验收时试验压力或运行使用中的水锤余压。2 考虑在排水工程中，当管道压力较低时，按照过去的工程 3 2经验，设计内水压力标准值与工作压力标准值之比可取 1.5。4.3.2-4.3.6 这些条款给出了真空压力、地面车辆等可 变荷载的标准值，系沿用原规范的数据。其准永久值系数是按照 给水排水工程管道结构设计规范 G B 5 0 3 3 2的原则确定。5 基本设计规定5.1一 般 规 定5.1.1-5.1.z 根据 给水排水工程管道结构设计规范 G B5 0 3 3 2的要求，本规程按 工程结构可靠度设计统一标准 G
43、B5 0 1 5 3 和 建筑结构可靠度设计统一标准 G B 3 0 0 6 8规定的原则，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法。除管道整体稳定验算外，均采用分项系数设计表达式进行设计，改变了原 给水排水工程结构设计规范 GB J 6 9-8 4中单一安全系数的设计方法，这是本次修订的主要方面。对钢管管道按承载能力和正常使用两种极限状态进行设计。承载能力极限状态是以钢管结构的内力是否超过其承载力为依据;正常使用极限状态是以钢管结构的竖向变形是否超过允许限值为依据。表达式中的作用分项系数、作用组合系数、结构构件抗力分项系数和结构重要性系数均根据 工程结构可靠度设计统一标准 G B 5 0 1
44、5 3 规定的原则，结合钢管管道运行的实际情况，经分析确定。5.1.3 本条规定，埋地钢管管道进行内力分析时，应按柔性管计算。根据 给水排水工程管道结构设计规范 G B 5 0 3 3 2的规定，对于埋设在地下的圆形管道结构，应根据管道结构刚度与管周土体刚度的比例 口，来判别属于刚性管道或柔性管道:式中E p 管材的弹性模量;E,管侧土的综合变形模量;t 钢管的管壁厚度;r o钢管结构 的计 算半 径。当a,il 时按刚性管道计算;当a,l时按柔性管道计算。根据给水排水工程中常用钢管的尺寸和一般土壤的特性，经核算 a，均小于 1，因此钢管道应按柔性管道计算。5.1.4 考虑到施工中可能出现的不
45、利因素，参考 日本等国的经验，土弧基础的中心角要在计算中心角的基础上加大一定角度，一般1 5。一2 0 0,5.1.5 埋 地有压管道在其敷设方向改变处将产生推力。在一般情况下，由于钢管管道整体连接，其推力可自 身平衡。但当敷设方向改变处附近设有柔性接头时，管道将失去平衡，此时应根据柔性接头的位置采用不同的抗滑措施。当柔性接头距敷设方向改变处较远时，可采用钢管与土壤间的摩擦力抗滑。抗滑稳定性抗力系数1.5，系根据 给水排水工程管 道结构设计规范 G B 5 0 3 3 2 的规定确定。5.2 承载能力极限状态计算规定5.2.1-5.2.2 本条根据 给水排水工程管道结构设计规范 G B5 0
46、3 3 2 的原则，规定了承载能力极限状态的计算要求。其中管道重要性系数 Y o，对给水和排水工程中不同类别、不同可靠度要求的管道，规定了不同的取值。与原 给水排水工程结构设计规范G B J 6 9-8 4 按材料种类给定不同的强度设计调整系数相比，更加符合工程实际。5.2.3 本条给出了钢管管道强度计算时，作用效应组合 设计值的表达式及各种作用的分项系数、组合系数。根据 建筑结构荷载规范 G B 5 0 0 0 9的规定，作用效应组合设计值的表达式有两种，第一种是对永久作用和参与组合的各可变作用中效应最大的可变作用直接采用设计值效应，即Y G C G Y k 和 Y Q I C Q Q l
47、k，对其他可变作用分别采用乘以组合值系数T,的设计值效应;第二种是对全部参与组合的 各可变作用统乘一个组合系数91。对第二种方式，当组合系数 0 等于。.9 时，其可靠度与原 给水排水工程结构设计规范 3 5G B J 6 9-8 4 的安全度相协调，且应用简便，因此采用了公式(5.2.3)所列的表达式。其中自重及管内水重的分项系数 y c i=1.2、竖向土压力分项系数 y,=1.2 7、设计内水压力和地面车辆荷载，地面堆积荷载和温度作用分项系数 y Q=1.4，均按 给水排水工程管道结构设计规范 G B 5 0 3 3 2 的有关规定确定，其作用效应按第 6.1 节的规定计算。5.2.4-
48、5.2.5 条文对钢管管道的两种稳定验算做了规定，与原规范的规定基本协调，但有两点修改:一是管壁环向稳定安全系数由原规范的2.5 改为 2.0，主要是考虑修改后的规范对原临界压力计算模式取消了土壤负抗力的作用，故相应调整了安全系数;二是将抗浮安全系数由1.0 5，提高到 1.1，主要是考虑工程中浮托力变异性较大，很难精确计算，实践中普遍认为原取值偏低，应予提高。5.2.6 本条给出了承载能力极限状态计算时的各种作用组合，补充了抗浮验算时作用的组合表。5.3 正常使用极限状态验算规定5.3.1-5.3.2 条文提出的要求，是根据 给水排水工程管道结构设计规范 G B 5 0 3 3 2 的 规定
49、，进行正常 使用极限状态验算时，作用效应均按作用代表值计算。对钢管管道，其代表值包括竖向土压力的标准值和地面可变作用准永久值。5.3.3 本条针对钢管管道不同的内防腐材料，规定了在准永久组合作用下的最大竖向变形限值。根据工程实践经验，该值的大小主要与材料的延性有关。对水泥砂浆内防腐，给出了一定的幅度，工程中可按手工涂抹或机械成型等不同延性情况选用。6 承载能力极限状态计算6.1 强 度 计 算6.1.1-6.1.2 条 文 给出 的 应 力折 算 系数7-0.9，是 根 据原 给水排水工程结构设计规范 G B J 6 9-8 4的应力组合系数lp。一1.1 2 换算确定。最大组合折算应力表达式
50、与原规范 GB J 6 9-8 4一致，仍采用第四强度理论公式。6.1.3 为了与 给水排水工程管道结构设计规范 G B 5 0 3 3 2协调一致，对原规范G B J 6 9-8 4的管壁应力计算模式进行了修改，采用了美国“斯式”模式。主要原因有:一是，原规范 G B J 6 9-8 4中原苏联的“耶式”模式存在一些问题，如对管周土壤负抗力是否可靠，水平向土压力与侧向土壤抗力重复计算是否合理等一直有争议;二是，国内外的资料说明，柔性管道在土压力作用下的内力和变形均采用“斯式”模式计算，能与国际做法协调一致。钢管管道的内力和变形计算公式可做如下假定:1 钢管管道在外压及内水压力等组合荷载作用下