直埋热水管道直管段的整体稳定性分析

直埋热水管道直管段的整体稳定性分析

侯峰

黑龙江省鹤北林业局水暖管理科

摘要：在对热水管道进行直埋施工的过程中，要充分的考虑到直管段稳定性的问题，直管段的稳定性会影响到整个热水管道的铺设质量，因此，本文主要从理论计算公式展开研究，探讨了直管段竖向稳定性以及管道的安定性，同时也总结了在车道下的直管段的有效覆土深度，希望通过本文的分析，能够为相关的人员提供一定的参考和借鉴。

关键词：直埋热水管道；直管段；稳定性

在目前的供热工程施工中，热水管道通常都采用直埋的方式进行铺设，然而，这样的铺设方式却对管道的埋深度提出了更高的要求，严格的根据相关的规定来确定直埋热水管的深度，并在深度确定的基础上，分析直管段的整体稳定性，而入手点需从安定性以及竖向稳定性两个方面入手，结合具体的规定要求，来计算得出直管段的应力范围，从而尽可能的保障直埋热水管道直管段的整体稳定性，进而提升全网管系的稳定性。

1、理论计算公式

所谓的直埋热水管道直管段的整体稳定性，主要指的是管道的竖向稳定性以及管道安定性。直埋热水管道直管段的时候，最好是能够保障上述两个内容设定的合理性，只有这样才能够使得直埋热水管道的整体稳定性得到最大限度的保障。而在对直管段的稳定性进行计算的过程中，需要按照相应的计算步骤来进行，首先就是要保障管道的安定性，然后再对管道竖向的稳定性进行合理的设定。

1.1管道的安定性

根据相关的规章制度中的相关内容来看，要想使得直埋热水管道支管道的安定性可以得到有效的保障，就需要对管道应力的变化情况进行详细的计算，管道应力的变化范围要能够符合以下的条件：

该公式中：

其中，st主要主要指代的是管道内部压力变化所构成的环形应力；v代表的是钢材的泊松系数，取值通常为0.3；[s]则指代的是钢材所具有的可用应力，应力单位为MPa；E代表的是钢材所具有的弹性模量，而单位则也用MPa表示；d则指代的是钢管壁的公认厚度，单位m；t1是管道内部工作最高温度，用℃表示；t2是管道内部工作最低温度，用℃指代；Pd主要是指管道的具体压力，单位为MPa；Di则指代的是钢管外径长度，单位m。

在上述的满足条件中，式（1）主要就是指代的直管段需要满足的安定性条件，在对直埋热水管道的直管段进行设计的过程中，一定要依据该满足条件来进行设计，这样才能够使得直管段能够具有较强的稳定性。值得注意的是，直管段一般在布置的过程中，其长度并没有一定的范围规定，除了弯管之外，直管的设计长度只需要根据实际的需要来进行划定即可。

1.2管道的竖向稳定性

依照相应的规章制度标准来对直埋热水管道直管段进行竖向设计时，需要充分的考虑到竖向稳定性的问题，控制还管道竖向的荷载力，而管道的竖向荷载力的满足条件应该如下：

上述公式中，Q主要指代的是管道的竖向荷载力，单位为（N/m）；gs则指代的是安全系数，系数值为1.1；P主要指代的是土壤的密度，单位为kg/m³；Ip则代表的是直管段横截面的惯性距离，以m4表示；fo代表的是管道最初的扰度，单位为m。

通过上述公式来具体的计算出管道的竖向荷载力，在明确的了解管道的竖向荷载力的情况下，控制好管道的竖向荷载力，从而使得管道的竖向稳定性能够得到最大限度的保障。

2、直管段的稳定性分析

2.1管道的安定性分析

对于给定的直埋保温管，其材质、管径、强度及环向压力均为定值，所以要满足式（1）的要求，也就是满足管系唯一不确定的参数一循环温差t1-t2的要求。式（1）可转化为：

根据相关预制直埋保温管，可计算出直管段安定的循环温差。

通过计算结果可以了解到，当管道的循环温差t1-t2处于相应的对应温度范围之内，则直埋热水管道的直管段可允许锚固段存在。也可理解为直埋热水管道的直管段布置长度在安定性方面不受限制。

对于民用供热的热水管网，管道工作循环最高温度不超过150℃，《规程》规定：管道工作循环最低温度，对于全年运行的管网采用30℃，只在采暖期运行的管网采用10℃。按以上温度计算，对于全年运行的管网，都是符合安定性要求的；对于只在采暖期运行的管网，DN350以下的管道，也都是符合安定性要求的，DN400以上的管道，不符合安定性要求。

2.2管道的竖向稳定性分析

直埋热水管道的竖向稳定性的计算是很复杂的，笔者通过计算机程序计算出了管系中有锚固段存在时的管道最小管顶覆土深度。

这里对计算公式中的数据取值做一下说明：式中土壤密度取180kg/m³；土壤摩擦角取35°。NP•max取为锚固段的轴向力，意指管道的末端可自由伸长，不受限制，没有外加力的作用。

2.3考虑活荷载时，车行道下管道的安全覆土深度

非车行道下，只要管道布置满足以上管顶覆土深度，就可满足管道的稳定性要求。车行道下，考虑到外力对保温层的破坏及活荷载对管道的影响，对于管道的埋深还要有更进一步的要求。《规程》规定了直埋敷设热水管道最小覆土深度。

从相关规定中可以看出，DN65的管道的管顶覆土深度可以是0.6、0.7、0.8米等，但在此深度下，管系中不允许有锚固段存在。根据公式（3），用试算法可计算出管系中直管过渡段的最大布置长度。计算公式中的数据取值同2.2中的说明。

3、管道稳定性分析展望

从相关的计算结果可以看出，当室外采暖计算温度下的热网计算供水温度不超过140℃时，管网是满足安定性条件的。在对管道稳定性进行分析的过程中，给出了不考虑活荷载时直埋热水管道满足竖向稳定性的最小管顶覆土深度，并给出了《规程》规定的管顶覆土深度下直管过渡段的最大布置长度。对于车行道下直埋管道的合理布置深度，要求必须根据管道的布置要求，结合《规程》及本文中的数据，进行管系的合理布置。针对直埋热水供热管道的整体稳定性作了分析，文中数据对于直埋热水管道的设计具有指导意义，并且可以在工程设计中加以应用。

3、结语

综上所述，在对直埋热水管道直管段的整体稳定性进行计算的时候，主要从安定性以及竖向稳定性两个方面入手，计算得出两者设计的符合条件，从而依据计算所得的具体数据，来作为的分析和研究直埋热水管道直管段整体稳定性的重要参考依据，本文还针对车行道下部位置的直埋管道进行的布置情况进行了详尽的分析，然而无论是布置车行道直埋管道还是计算研究管道整体稳定性，都需要严格的遵照相应的布置要求，依照计算所得的数据，来对整个管系都进行合理的布置，在保障直埋热水管道直管段整体稳定性的基础上，最大限度的保障整个管系的稳定性。

参考文献：

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