埋地鋼管結構設計思路的探討

安普太

（山西省水利水電勘測設計研究院 太原 030024）

由于鋼材具有強度大、在一定荷載作用下發生屈服或彎曲后仍可提供全部抵抗力、彎曲但不易斷裂以及有著良好的抗震能力等特性，所以，鋼管在輸水線路中被大量使用。管壁還可以根據管道沿線不同的壓力水頭采用不同的厚度，能充分發揮材料的力學性能，此外鋼管加工工藝相對比較簡單，所以在水電站壓力管道中、PCCP管線及其他材質的管線的分岔管中常常使用鋼管。

根據埋地鋼管所埋置環境的不同，可分為溝槽回填式及洞穿式埋地鋼管兩種。本文主要針對前者進行分析探討。

1 鋼管結構設計

鋼管結構設計主要依據的國內外規范有《鋼管結構設計規范》GB 50017-2003、《給排水工程埋地鋼管管道結構設計規程》CECS 141-2002（國內規范）和《AWWA M11手冊》（美國手冊）。根據這些規范可知，鋼管管道截面設計基本都是從以下三個方面進行設計：（1）管道強度計算；（2）管道穩定驗算；（3）管道剛度驗算。

1.1 管道強度計算

鋼管管道設計中，首先要確定管壁厚度。影響管壁厚度的因素主要有二大類：即內部壓力和外部壓力。管壁截面應力的計算公式如下：

國內規范公式，見式（1）：

式中：σθ—鋼管管壁截面的最大環向應力；

σχ—鋼管管壁截面的縱向應力；

η—應力折算系數，取0.9。

美國手冊公式，見式（2）：

式中：P—內水設計壓力；

D，t—鋼管的外徑和壁厚；

e—焊縫系數，管徑小于DN 500，e=0.85；管徑大于DN 500，e=0.9；

a—設計系數，靜水壓力下，a=0.5；水擊壓力下，a=0.75。

國內規范采用的設計思路是綜合考慮了由內水壓力產生的環向應力及由豎向土壓力、管道自重、水重和地面荷載作用下產生的彎曲應力的組合值不超過鋼管的強度設計值f作為設計條件。……