施工规范CECS141-2002给水排水工程埋地钢管管道结构设计规程 33页

'@中国工程建设标准化协会标准筑龙网给水排水工程ww埋地钢管管道结构设计规程w.sinoaec.coSpecificationforstructuraldesignofburiedsteelpipelineofwatersupplyandmsewerageengineering《给CECS141:2002水排水工程埋地钢管主编部门：北京市市政工程设计研究总院管道批准部门：中国工程建设标准化协会结构施行日期：2003年3月1日设计规程》资料编号：CECS141-2002第2页@ @前言筑本规程的内容原属于《给水排水工程结构设计规范》GBJ69—84中第七章。为了逐龙网步与国际接轨，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（94）建标协字第11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》GB50068和《工程结构可ww靠度设计统一标准》GB50153规定的原则，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法w.sin编制，并与有关的结构专业设计规范协调一致。oae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》GBJ69c.co—84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m委员会多次讨论，使内容有了充实和完善。根据国家计委标[1986]1649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《给道结构设计规程》，编号为CECS141：2002，推荐给工程建设设计、施工、使用单位采用。水排水本规程第3.1.1、1.2.1、5.1.5、5.2.2、5.2.4、5.2.5、5.3.3、8.0.1、8.0.7、8.0.9、工程8.0.10条建议列入《工程建设标准强制性条文》。埋地本规程由中国工程建设标准化协会管道结构委员会CECS/TC17（北京西城区月坛南钢管街乙二号北京市市政工程设计研究总院，邮编：100045）归口管理，并负责解释。在使管道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。结构主编单位：北京市市政工程设计研究总院设计主要起草人：刘雨生沈世杰潘家多钟启承规程》资料编中国工程建设标准化协会号：CECS141-20022002年12月25日第3页@ @目次前言...........................................................3筑1总则.......................................................5龙网2主要符号....................................................53材料.......................................................7w3.1材质标准.................................................7ww.s3.2计算指标.................................................8inoae4钢管管道结构上的作用............................................8c.co4.1作用分类和作用代表值........................................8m4.2永久作用标准值..............................................84.3可查作用标准值、准永久值系数................................9《给5基本设计规定..................................................11水排5.1一水般规定................................................11工程5.2承载能力极限状态计算规定...................................12埋地钢5.3正常使用极限状态验算规定...................................14管管6承载能力极限状态计算...........................................14道结构6.1强度计算................................................14设计6.2稳定验算................................................16规程》7刚度验算...................................................178构造规定...................................................17资料附录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.......19编号：附录B管侧土的综合变形模量......................................20CECS141-2002本规程用词说明...................................................22第4页@ @1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，筑做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量，制订本规程。龙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网结构设计，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。w1.0.3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》GB50332规定ww.s的原则编制的。inoa1.0.4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ec.c管管道结构，其设计尚应符合国家现行有关标准的规定。om1.0.5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》GB50268的规定。2主要符号《给水2.0.2管道上的作用和作用效应排水F——管内真空压力标准值；工vk程埋Ffw,k——浮托力标准值；地钢管Fsv,k——管道单位长度上管顶竖向土压力标准值；管道结F——管道的工作压力标准值；wk构设计F——管道的设计内水压力标准值；wd,k规程F——温度作用标准值；》tkG——钢管管道结构自重标准值；1k资料编G——管道内水重标准值；wk号：q——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；CECS141-2002vkq——地面堆积荷载产生的竖向压力标准值；mkω——管道的最大竖向变形。max第5页@ @2.0.2材料性能E——钢管管材弹性模量；ρ筑Ee——管侧向填土的变形模量；龙网E——基糟两侧原状土的变形模量；nE——管侧土的综合变形模量；dwf——钢管管材或焊缝的强度设计值；ww.sα——钢管管材的线膨胀系数；inoaeγ——回填土重度；cs.comνp——钢管管材的泊桑比；ν——回填土的泊桑比。s2.0.3几何参数《给a——单个车轮着地分布长度；水排b——单个车轮着地分布宽度；水工程b0——管壁计算宽度；埋地钢D——管道外壁直径；1管管D——管道的计算直径；道0结构H——管顶至设计地面的覆土高度；设s计规r——管的计算半径；程0》r——管的外壁半径；1资t——管壁设计厚度；料1编号t——管壁计算厚度。：0CECS141-20022.0.4计算系数C——钢管管道结构的自重效应系数；G1C——竖向土压力效应系数；G,sv第6页@ @C——管道内水重效应系数；GwC、C、C、C、C——分别为设计内水压力、地面车辆荷载、地面堆积Q,wdQvQmQtQS筑荷载、温度作用和地基不均匀沉降的效应系数；龙网D——变形滞后效应系数；Lk、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gmvmwmw管管壁截面的最大弯矩系数；ww.skb——竖向压力作用下柔性管的竖向变形系数；inoaeK——抗滑稳定性抗力系数；cs.comKst——管壁截面的设计稳定性抗力系数；K——抗浮稳定性抗力系数；fγ、γ、γ、γ——分别为管道结构自重、竖向土压力、管内水重和地基不均《G1G,svGwGs给水匀沉降的分项系数；排水γ——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；工Q程埋ψ——可变作用的组合系数；地c钢管ψ——可变作用的准永久值系数。管q道结3材料构设计3.1材质标准规程》3.1.1钢管的管材强度等级不应低于Q235，其质量应符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700的要求。资3.1.2钢管的焊接材料应符合下列要求：料编1手工焊接用的焊条，应符合现行国家标准《碳钢焊条》GB/T5117的要求。选用的号：CECS141-2002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》GB/T14957的要求。第7页@ @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》GB50017筑的规定采用。龙3.2.2钢材的物理性能指标应按表3.2.2采用。网表3.2.2钢材的物理性能指标弹性模量E重度γ泊桑比pst线膨胀系数αw23（以每℃计）νw（N/mm）（kN/m）ρw.s5-6in2.06×1078.512×100.3oae4钢管管道结构上的作用c.com4.1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永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。《给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、地面车水排辆荷载、地下水浮力和温度变化作用。水工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。作用标准值为作程埋用的基本代表值。地钢对永久作用，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、管管道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结构的组合系数或准永久值数。设计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规程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资久值作为代表值。料编4.2永久作用标准值号：CECS141-20024.2.1钢管管道结构自重标准值可按下式计算：G=γπDt（4.2.1）1kst0式中G——钢管管道结构自重标准值（kN/m）；1k第8页@ @D——钢管管道的计算直径，按圆心至管壁中线计算（m）；0t——管壁设计厚度（mm）；筑γst——钢管管材重度，按表3.2.2采用。龙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：网F=γHD（4.2.2）sv,kss1式中F——竖向土压力标准值（kN/m）；wsv,kww.3sγs——回填土重度（kN/m）；inoaeH——管顶至设计地面的覆土高度（m）；cs.comD1——管外壁直径（m）。34.2.3钢管管道内水的重度标准值γ可取10kN/m。w4.2.4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》GB50007《给的规定计算确定。水排4.3可查作用标准值、准永久值系数水工程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：埋地1对给水工程，可按下式计算：钢管管Fwd,k=Fwk+0.5（4.3.1-1）道结构式中F——钢管管道的设计内水压力标准值，取不小于0.9；wd,k设计规F——钢管管道的工作压力标准值（MPa）。wk程》2对排水工程，可按下式计算：F=1.5F（4.3.1-2）资wd,kwk料编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Fvk可取0.05MPa，准永号：CECS141-2002久值系数可取ψ=0。q24.3.3地面堆积荷载产生的竖向压力标准值q可取10kN/m，准永久值系数可取mkψ=0.5。q第9页@ @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）：筑龙µQq=dvk（4.3.4-1）vk网(a+1.4z)(b+1.4z)式中Q——车辆的单个轮压标准值（kN）；vkw2wq——地面车辆轮压产生的管顶处单位面积上竖向压力标准值（kN/m）；vkw.sinµ——动力系数，按表4.3.4-1采用；doaea——单个车轮的着地分布长度（m）；c.comb——单个车轮的着地分布宽度（m）；z——车行地面至管顶的距离（m）。《给水排水工程埋地钢管管道结构设计表4.3.4-1动力系数µ规d程》地面至管顶的距离(m)≤0.250.30.40.50.6≥0.7µ1.31.251.21.151.051.0资d料编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）：号：nµdQvkCECS141-2002q=（4.3.4-2）vkn−1(a+1.4z)(nb+∑di1.4z)i=1式中n——车轮总数量；d——地面相邻两个轮压间的净距（m）。第10页@ @3地面车辆运行荷载的准永久值系数，应取ψ=0.5。q筑龙网www.sinoaec.com4.3.5温度作用标准值可按管道闭合温差±25℃计算，准永久值系数可取ψ=1.0。q4.3.6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3《10kN/m。给水排5基本设计规定水工5.1一般规定程埋地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钢管可靠度。除管道稳定验算外，均采用分项系数设计表达式进行设计。管道5.1.2钢管管道结构应按下列两种极限状态进行设计：结构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；设计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。规程》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，不考资虑非弹性变形引起的内力重分布。料编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：号：CECS141-20021应在结构计算采用的土弧中心角的基础上增加15°～20°；2对素土平基敷设的管道，可按土弧中心角为20°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没有柔性接头时，应对敷设方向改查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。s第11页@ @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筑龙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网作用设计值。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钢管管道结构进行强度计算时，应满足下列要求：wγS≤R（5.2.2）w0w.sin式中γ0——管道结构重要性系敛，应根据现行国家标准《给水排水工程管道结构没计oaec规范》GB50332的规定采用。对给水输水管道，当单线输水时取1.1。.com双线输水和配水管道取1.0；污水管道取1.0；雨水管道取0.9；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：给水S=γCG+γCF+γCG+γC∆s+ψγ排G1G11kG,svsvsv,kGwGwwkGsQscQ（5.2.3）水(CQ,wdFwd,k+CQvqvK+CQmqmk+CQtFtk)工程埋式中γ——钢管管道结构自重分项系数，取1.2，G1地钢γ、γ——竖向土压力、地基不均匀沉降分项系数，取1.27；管G,svGs管道γ——管内水重分项系数，取1.2；结Gw构设C、C、C——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计G1G,svGw规程数；》γ——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Q资1.4；料编C、C、C、C、C——分别为设计内水压力、地面车辆荷载、地面堆积号Q,wdQvQmQtQs：CECS141-2002荷载、温度作用和地基不均匀沉降的效应系数；G——钢管管道结构自重标准值（kN/m）；1kF——管道单位长度上管顶竖向土压力标准值；sv,k第12页@ @F——管道的设计内水压力标准值；wd,kG——管道内水重标准值；wk筑q——地面车辆轮压产生的管顶处单位面积上竖向压力标准值；龙vk网q——地面堆积荷载产生的竖向压力标准值；mkF——温度作用标准值；tkww∆s——地基不均匀沉降标准值；w.sinψ——可变作用的组合系数，取0.9。coae5.2.4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c.com系数Kst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恒，并应满足抗浮稳定性抗力系数K不低于1.1f《给的要求。水排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。水工程埋地钢管表5.2.6按承载能力极限状态计算的作用组合管道永久作用可变作用结构设计地面地面设计算计算竖向不均真空浮托温度计客自管自内水车辆堆积规项目工况土压匀沉压力力作用程》重Gw重G压力荷载荷载1力Fsv降∆sFvFfwFtFqqwdvm资料强度1√√√△√√√编号计算2√√√△√√：CECS141-2002抗浮1√√√验算管壁1√√√第13页@ @稳定2√√√验算注：表中“√”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筑龙设计条件确定采用。网5.3正常使用极限状态验算规定w5.3.1钢管管道按正常使用极限状态验算时，各种作用效应均应采用作用代表值计算。ww.s5.3.2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可按下式计indoae算：c.coS=CF+Cψq（5.3.2）mdG,svsv,kQqik式中q——地面车辆荷载q或地面堆积荷载q，应根据设计条件采用其中较大者。ikvkmk5.3.3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：《给1当内防腐为水泥砂浆时，最大竖向变形不超过0.02D0～0.03D0；水排水2当内防腐为延性良好的涂料时，最大竖向变形不应超过0.03D0～0.04D0。工程埋6承载能力极限状态计算地钢6.1强度计算管管道6.1.1钢管管道的强度计算，应满足下列要求：结构设ησθ≤f（6.1.1-1）计规程γσ≤f（6.1.1-2）0》2式中σθ——钢管管壁截面的最大环向应力（N/mm）；资2料σ——钢管管壁截面的最大组合折算应力（N/mm）；编号η——应力折算系数，可取0.9；：CECS141-2002f——钢管管材或焊缝的强度设计值，按第3.2.1条的规定采用。6.1.2钢管管壁截面的最大组合折算应力，应按下式计算：22σ=ησ+σ−σσ（6.1.2）θxθx第14页@ @2式中σ——钢管管壁截面的纵向应力（N/mm）。x6.1.3钢管管壁截面的最大环向应力σ应按下式确定：θ筑N6M龙σ=+（6.1.3-1）θ2b0t0b0t网0N=ϕγFrb（6.1.3-2）cQwk,k00(γkG+γkF+γkG+γψkqD)rbwG1gm1kG,svvmsv,kGwwmwkQcvmik100wM=ϕ（6.1.3-1）Eγwd03.1+0.732()sEtinP0oae式中b——管壁计算宽度（mm）；c0.comϕ——弯矩折减系数，取0.7～1.0；t——管壁计算厚度（mm），取t=2t−；00r——管的计算半径（mm）；《0给水M——在荷载组合作用下钢管管壁截面上的最大环向弯矩设计值（N·mm）；排水N——在荷载组合作用下钢管管壁截面上的最大环向轴力设计值（N）；工程2埋E——钢管管侧土的综合变形模量（N/mm），当为单线敷设时可按附录B采用；d地钢当为双线敷设或与其他管线合槽施工时，其取值应根据实际情况具体确定；管管2道E——钢管管材弹性模量（N/mm）；p结构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管壁设gmvmwm计规截面的最大弯矩系数，可按附录A确定；程》D——管外壁直径（mm）。16.1.4钢管管壁的纵向应力应按下式计算：资料编σ=υσ±ψγαE∆T+σ∆（6.1.4）xpθcQp号：CECS141-2002式中ν——钢管管材泊松比；pα——钢管管材线膨胀系数；∆T——钢管管道的闭合温差；σ∆——地基不均匀沉降引起的纵向应力，可按弹性地基上的长梁计算确定。第15页@ @6.2稳定验算6.2.1钢管管壁截面的稳定性验算，应满足下式要求：筑Fcr,k≤Kst(Fsv,k+qik)（6.2.1）龙2网式中F——钢管管壁截面的临界压力（N/mm）；cr,k2Fvk——管内真空压力标准值（N/mm）；wK——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。wstw.s6.2.2钢管管壁截面的临界压力应按下式计算：inoa2e2Ep(n−1)t3EdcFcr,k=2()+2.c3(1−ν)D2(n−1)(1+ν)op0sm式中n——钢管管壁失稳时的折绉波数，其取值应使F为最小并为不小于2的正整数；cr,kν——钢管两侧胸腔回填土的泊桑比，应根据土工试验确定。s《6.2.3钢管管道的抗浮验算，应满足下式的要求：给水排∑FGk≥KfFfw,k（6.2.3）水工程式中∑FGk——各种抗浮作用标准值之和；埋地钢F——浮托力标准值；fw,k管管K——抗浮稳定性抗力系数，应按第5.2.5条的规定采用。道f结构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设计变处的距离l应满足下式的要求：规程KFA(1−COSα)》swd,kl≥（6.2.4-1）Ffk资π2料A=(D−2t)（6.2.4-2）104编号2式中A——钢管横截面流水面积（m）；：CECS141-20022F——钢管管道的设计内水压力标准值（kN/m）；wd,kK——抗滑稳定性抗力系数，按5.1.5的规定采用；sF——管道单位长度摩擦力标准值（kN/m）；fk第16页@ @α——管道转角；6.2.5管道单位长度摩擦力标准值F可按下式计算：fk筑π1D1πµsγw2K=µγD(H+H+)+(D−2t)（6.2.5）龙sss1Ss102324网式中µ——钢管管道与土壤间的摩擦系数，应根据试验确定；当缺乏试验资料进，s可采用0.25～0.4。www7刚度验算.sin7.0.1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：oaec.ω≤ϕD（7.0.1）cd,max0om式中ω——管道在准永久组合作用下的最大竖向变形；d,maxD——管道的计算直径，可按管壁中心计算；0《ϕ——变形百分率，按第5.3.3节的规定采用。给水排7.0.2钢管管道在准永久组合作用下的最大变形竖向ω，应按下式计算：水d,max工程3DLKbr0(Fsv,k+ψqqikD1)埋ω=（7.0.2）d,max3地EI+0.061Erppd0钢管式中D——变形滞后效应系数，取1.0～1.5；管L道结K——竖向压力作用下柔性管的竖向变形系数，按附录A确定；构b设计4Ip——钢管管壁纵向截面单位长度的截面惯性矩（mm）。规程》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2mm。资料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1～2mm。编号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。：CECS141-20028.0.4钢管施工制作的下列指标，应在有关的设计文件中规定。1管子制作的椭圆度不得大于0.01D；在管节的安装端不得大于0.005。12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第17页@ @于2.5mm，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1200mm时不得大于1mm；当管径不小于1200mm时不得大于2mm。筑龙4对接管节的管口平面偏差不得大于1.5mm。网5组装管节时，管节的纵向焊缝应放置在与铅直线成45°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www设计文件的要求。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.sin及验收规范》GB50268的规定。oae8.0.5管壁上的开孔和接入支管部位应避开焊缝，且不应开设矩形孔洞。c.com8.0.6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0.3m。《h≥0.1（1+D）（8.0.6）给d水排式中hd——管底以下部分人工土弧砂基础厚度（m）；水工程D——管内径（m）。埋地8.0.7管道周围回填土的压实系数，应在有关的设计文件中明确规定。当管底以下部分钢管为人工土弧基础时，压实系数不成大于0.9。管底以上部分的人工土弧基础和管两侧胸腔管道部分的回填土压实系数，应根据设计要求确定。结构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，应采用预设计加变形等措施。规程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。》8.0.10钢管用于输送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资标准的要求，确保对人体健康无害。料编号：CECS141-2002第18页@ @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筑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。龙网表A最大弯矩系数和竖向变形系数土弧基础中心角项目20°60°90°120°150°www管道自重kgm0.2020.1340.1020.0830.077.sinoa弯矩系数竖向土压力kvm0.2550.1890.1570.1380.128ec.co管内水重kwm0.2020.1340.1020.0830.077m变形系数坚向压力k0.1090.1030.0960.0890.085b《给水排水工程埋地钢管管道结构设计规程》资料编号：CECS141-2002第19页@ @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筑土质，综合评价确定。龙B.0.2管侧土的综合变形模量E可按下式计算：网dE=ξE（B.0.2）dew式中Ee——管侧口填土在要求压实密度下的变形模量（MPa），应根据试验确定；当缺ww.s乏试验数据时，可按表B.0.2-1采用；inoaξξ——与BB（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er1enc.co比值有关的计算参数，按表B.0.2-2确定。m表B.0.2-1管侧回填土和槽侧原状土的变形模量（MPa）回填压实系数（%）859095100原状土类别《给水土的类别贯入锤击数N63.5排4＜N≤1414＜N≤2424＜N≤50＞50水工程埋地砾石、碎石571020钢管砂砾、砂夹石，细粒土含量不大于12%35714管道结同上，细粒含量大于12%13510构设粘性土或粉土（ω＜50%)砂粒含量大于25%13510计L规程粘性土或粉土（ωL＜50%)砂粒含量小于25%—137》注：1表中数值适用于10m以下覆土；当覆土超过10m时，上表数值偏低；资料2回填土的变形模量可按要求的压实系数采用；表中的压实系数（％）指设计要求回填土编号压实后的于密度与该土相同压实能量下最大于密度的比值；：CECS141-20023基槽两侧原状土的变形模量E可按标准贯入度试验锤击数确定；n4ω为粘性土的液限；L5细粒土指粒径小于0.075mm的土；6砂粒指粒径为0.075～2.0mm的土。第20页@ @表B.0.2-2计算参数ξξ筑Br/D1龙1.52.02.53.04.05.0网E/Een0.13.062.041.631.401.171.050.22.501.831.521.341.151.04www0.41.801.351.351.241.111.03.sin0.61.431.291.211.151.071.02oaec0.81.181.181.091.071.031.01.com1.01.001.001.001.001.001.001.50.730.780.820.860.930.982.00.570.640.70.760.860.95《2.50.470.540.610.680.810.93给水3.00.400.470.540.610.760.90排水工4.00.300.370.440.510.670.87程埋5.00.250.300.370.430.610.83地钢管管道结构设计规程》资料编号：CECS141-2002第21页@ @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：筑1表示很严格，非这样做不可的：龙正面词采用“必须”；反面词采用“严禁”。网2表示严格，在正常情况下均应这样做的：正面词采用“应”；反面词采用“不应”或“不得”。w3表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的：ww.s正面词采用“宜”或“可”；反面词采用“不宜”。inoa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⋯⋯ec.c要求（或规定）“。om《给水排水工程埋地钢管管道结构设计规程》资料编号：CECS141-2002第22页@ @中国工程建设标准化协会标准筑龙网给水排水工程www.sin埋地钢管管道结构设计规程oaec.com《给水排CECS141:2002水工程埋地钢条文说明管管道结构设计规程》条文说明资料编号：CECS141-2002-SM第2页@ @目次筑龙1总则.......................................................4网2主要符号....................................................4www3材料.......................................................4.sin3.1材质标准.................................................4oaec.3.2计算指标.................................................5com4钢管管道结构上的作用...........................................5《给4.1作用的分类和作用的代表值...................................5水排水4.2永久作用标准值.............................................5工程4.3可变作用标准值、准永久值系数...............................5埋地钢5基本设计规定...................................................5管管5.1一般规定.................................................5道结构5.2承载能力极限状态计算规定...................................7设计规5.3正常使用极限状态验算规室...................................7程》6承载能力极限状态计算...........................................8条文6.1强度计算.................................................8说明6.2稳定验算.................................................9资7刚度验算...................................................10料编号8构造规定...................................................10：CECS141-2002-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......12附录B管侧土的综合变形模量......................................13SM第3页@ @1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》GBJ69—84中第筑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龙管管道的结构设计。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网管线和配水管网中。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。w为此，本规程修订后适当增加了在排水工程中应用的条款。ww.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》GBsino50332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，aec.改变了原《给水排水工程结构设计规范》GBJ69—84中采用的单一安全系数设计方法。com同时，将原《给水排水工程结构设计规范》GBJ69—84中的柔性管设计模式，由原苏联《给Л.М.Емелъянов提出的模式（以下简称“耶式”）改为国际通用的美国Spangler模水排式（以下简称“斯式”）。这是本次修订的主要方面。水工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、湿程埋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，本规程不再重复规地钢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重要。因管管此，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《给水排水道结管道工程施工及验收规范》GB50268的规定。构设计2主要符号规程》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，均条按照《工程结构设计基本术语和通用符号》GBJ132—90的规定确定。文说3材料明3.1材质标准资料编3.1.1本条规定了用于钢管管道的钢材，一般均采用Q235钢，其力学性能和化学成份号：应符合现行国家标准《碳素结构钢）GB/T700的要求。对于重要的城市给水工程的输水管CECS141-2002-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。SM第4页@ @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》GB50017的规定采用。筑3.2.2本条给出了钢材的物理力学性能指标。龙4钢管管道结构上的作用网4.1作用的分类和作用的代表值www4.1.1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.sin工程管道结构设计规范》GB50332规定的原则，分为永久作用和可变作用两类。与原《给oaec水排水工程结构设计规范》GBJ69—84相比，在永久作用中增加了管道结构自重和管道.com内水重。对于大口径钢管道，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》GB50332规定的原则确定。给水4.2永久作用标准值排水工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程埋的计算方法均参照《给水排水工程管道结构设计规范》GB50332的规定采用。与原《给地钢水排水工程结构设计规范》GBJ69—84相比，将竖向土压力标准值的计算，由按刚性管管管道计算改为按柔性管道计算。道结4.3可变作用标准值、准永久值系数构设计4.3.1规程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《给水排水工程结构设》条计规范》GBJ69—84中对给水管道的要求。式中0.5MPa的数值，主要是考虑施工验收时文说试验压力或运行使用中的水锤余压。明2考虑在排水工程中，当管道压力较低时，按照过去的工程经验，设计内水压力标资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、地面车料编号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：CECS141-2002-管道结构设计规范》GB50332的原则确定。5基本设计规定5.1一般规定SM5.1.1～5.1.2根据《给水排水工程管道结构设计规范》GB50332的要求，本规程按《工第5页@ @程结构可靠度设计统一标准》GB50153和《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068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》GBJ69—84筑龙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网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www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.sin程结构可靠度设计统一标准》GB50153规定的原则，结合钢管管道运行的实际情况，经oae分析确定。c.co5.1.3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m《程管道结构设计规范》GB50332的规定，对于埋设在地下的圆形管道结构，应根据管道给水结构刚度与管周土体刚度的比例αs来判别属于刚性管道或柔性管道：排水工Ept3程α=()s埋Erd0地钢式中E——管材的弹性模量；管p管道Ed——管侧土的综合变形模量；结构设t——钢管的管壁厚度；计规r0——钢管结构的计算半径。程》当α≥1时按刚性管道计算；当α＜1时按柔性管道计算。根据给水排水工程中常ss条文说用钢管的尺寸和一般土壤的特性，经核算α均小于1，因此钢管道应按柔性管道计算。s明5.1.4考虑到施工中可能出现的不利因素，参考日本等国的经验，土弧基础的中心角要资料在计算中心角的基础上加大一定角度，一般15°～20°。编号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：CECS141-2002-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》GB50332的规定确定。SM第6页@ @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》GB50332的原则，规定了筑承载能力极限状态的计算要求。其中管道重要性系数γ0，对给水和排水工程中不同类别、龙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》GBJ69网—84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。ww5.2.3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w.s项系数、组合系数。根据《建筑结构荷载规范》GB50009的规定，作用效应组合设计值inoa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ec.co直接采用设计值效应，即γGCGγk和γQ1CQQ1k，对其他可变作用分别采用乘以组合值系数m《ϕci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ϕc。对第二给水排种方式，当组合系数ϕ等于0.9时，其可靠度与原《给水排水工程结构设计规范》GBJ69c水工—84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。其中自程埋地重及管内水重的分项系数γ=1.2、竖向土压力分项系数γ=1.27、设计内水压力和地面G1G1钢管车辆荷载，地面堆积荷载和温度作用分项系数γ=1.4，均按《给水排水工程管道结构设管Q道结计规范》GB50332的有关规定确定，其作用效应按第6.1节的规定计算。构设5.2.4～5.2.5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，计规但有两点修改：一是管壁环向稳定安全系数由原规范的2.5改为2.0，主要是考虑修改后程》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；二是条文将抗浮安全系数由1.05，提高到1.1，主要是考虑工程中浮托力变异性较大，很难精确说明计算，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资料组合表。编号：5.3正常使用极限状态验算规室CECS141-2002-5.3.1～5.3.2条文提出的要求，是根据《给水排水工程管道结构设计规范》GB50332的规定，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。SM5.3.3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第7页@ @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筑龙6.1强度计算网6.1.1～6.1.2条文给出的应力折算系数η=0.9，是根据原《给水排水工程结构设计规www范》GBJ69—84的应力组合系数ϕm=1.12换算确定。最大组合折算应力表达式与原规范.sinoGBJ69—84一致，仍采用第四强度理论公式。aec.6.1.3为了与《给水排水工程管道结构设计规范》GB50332协调一致，对原规范GBJ69com—84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，《给原规范GBJ69—84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水排靠，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，国内外的资水工料说明，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，能与国际做程埋法协调一致。地钢钢管管道的内力和变形计算公式可做如下假定：管管1钢管管道在外压及内水压力等组合荷载作用下，管道的环向弯矩和竖向变形可由道结三部分组成，如下图所示：一为管顶竖向压力及与之平衡的反力产生的弯矩与变形；二构设为管道两侧土壤水平抗力形成的弯矩与变形；三为内水压力复圆产生的弯矩与变形。计规程2竖向变形值近似等于水平变形值。》3参考美国、日本等国的资料，在采用“斯式”计算外压与设计内水压力组合时，条文为考虑设计内水压力使管道竖向变形减小等因素而引入折减系数ϕ，当土壤回填模量较说明低、内压较高时可取0.7，对排水管道可取1.0。资4管壁截面上最大弯矩M的计算公式，可利用竖向压力及与之平衡的反力产生的弯料编矩与变形的关系进行计算。号：CECS141-2002-按上述假定给出了本条所列公式。据第5.2节、第6.1.1、6.1.2条和本条的综合分析，修改后的设计可靠度与原规范6BJ69—84的安全度基本一致。6.1.4纵向应力的计算基本沿用了原规范的公式。SM增加了地基不均匀沉降引起的应力，该值的计算，可根据工程的实际情况，按照弹第8页@ @性地基上的长梁计算确定）筑龙网www.sinoaec.co6.2稳定验算m《6.2.1本条沿用了原规范的规定。给水排6.2.2在原规范GBJ69—84中，钢管稳定计算中的临界压力是采用“耶式”得出的公水工式，即：程埋22Ep(n−1)t3Ed地Fcr,k=2()+2钢3(1−VP)D0(n−1)(1+Vs)管管该式的第二部分是土壤抗力效应，该效应为整个管壁横截面上的全部正、负抗力效道结应。对负抗力效应的可靠性一直有争议，不宜考虑，因此修订后采用了日本藤田博爱氏构设提出的公式，将土壤抗力的效应减少了二分之一，即只计入正效应，在分母中增加了2。计规6.2.3钢管管道的抗浮验算是这次修订中增加的内容。当地下水位较高时，在设计及施程》工中均应验算钢管管道的抗浮的稳定性。条文6.2.4根据管道运行和检修的要求，在输水管道及配水管网中往往设置闸门及柔性接说明头。当这些柔性接头距管道敷设方向改变处较近时，由于内水压力的作用将产生不平衡力。为保证此处钢管的稳定性，应采取下列抗滑稳定措施：在管道敷设方向改变处设置资料编混凝土支墩、钢筋混凝土桩或利用管壁与土壤间的摩擦力等。显然，钢管管道利用管壁号：与土壤间的摩擦力来抵抗不平衡力是比较经济的。这样做不需要增加工程量，只需满足CECS141-2002-一定的安全长度。在一般情况下，柔性接头的布置是留有余地的。6.2.5管道单位长度上土壤摩擦力的计算公式，国内现行相关标准中有两种形式：第一种是假定作用于管道上的土压力沿管径的水平和垂直方向均匀分布，垂直方向的土压力值为管顶处土压力值，水平方向的土压力值按管中水平点的侧向土压力值计算，如图所SM第9页@ @示。第二种认为作用于管道上的压力沿管周非均匀分布，管顶处的土压力值为该处的垂直土压力值，管中水平点的土压力值为该点的侧向土压力值，其余各点的压力值为该点垂直和水平土压力在径向的投影值。经比较，第二种比较符合实际。筑龙网www.sinoaec.com《给水排水工程埋地7刚度验算钢管管本章对钢管的刚度验算做出了规定。将原规范GBJ69—84中按“耶式”计算的管道道结竖向变形公式，改为按“斯式”计算。理由同6.1.3条说明。构设本章采用的“斯式”变形公式，符合《给水排水工程管道结构设计规范》GB50332计规的规定。程》8构造规定条文8.0.1～8.0.6基本沿用了原规范GBJ69—84的规定，主要从钢管的制造、施工等方面说明提出要求。其中第8.0.2、8.0.3条是根据以往的工程经验确定的。第8.0.4条中，增加资了焊缝的质量等级要求。料编8.0.7本条强调了钢管管道回填土夯实密度的重要性。对柔性管道的强度和变形设计，号：均需考虑土壤的抗力作用。管道周围回填土夯实密度的高低，直接影响土壤抗力的大小，CECS141-2002-是钢管管道安全、经济、合理设计的关键，在设计、施工中均应充分重视。8.0.8本条强调施工中要严格控制管道的竖向变形。对口径较大的管道，为克服自重变形等不利因素可采用预加负变形等措施，例如可在回填土前在管道内设置临时的竖向支SM撑或加大管侧回填土的密实度等，使管道产生一定量的负变形。一些工程实践证明，采第10页@ @用上述措施可取得良好效果。8.0.9钢管管道的防腐质量很重要，是影响钢管管道耐久性的关键因素，在设计、施工时均应充分重视。筑龙8.0.10对输送饮用水的管道，规定了内防腐材料必须符合国家现行卫生标准的要求，网此点非常重要。对内防腐材料是否符合卫生标准的判断，必须由省级及以上部门指定的检测单位的正式检测报告做出，以确保对人体健康无害。www.sinoaec.com《给水排水工程埋地钢管管道结构设计规程》条文说明资料编号：CECS141-2002-SM第11页@ @筑龙附录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网系数ww本附录给出的各种系数，是美国Spangler公式中所对应的各项系数。w.sinoaec.com《给水排水工程埋地钢管管道结构设计规程》条文说明资料编号：CECS141-2002-SM第12页@ @附录B管侧土的综合变形模量筑管侧回填土的变形模量是柔性管道设计的重要参数，在以往的柔性管道设计中采用龙了回填土本身的变形模量。实际上，该变形模量除与回填土土质、压实程度有关外，还网受沟槽宽度和两侧原状土土质的影响。根据国外有关资料，应根据上述因素综合进行评w价。按《给水排水工程管道结构设计规范》GB50332的规定，对管侧回填土变形模量进ww.行修正时，综合修正系数可按下式计算：sinoa1eξ=（B.0.1）c.α+α(E)/Ec12enom式中ξ——综合修正系数；《给水α、α——与沟槽宽和管外缘宽的比例有关的计算参数；12排水E——管侧回填土的变形模量；工e程埋E——沟槽两侧原状土的变形模量。地n钢管附录B表B.0.2-2中的数据，是根据公式（B.0.1）计算而得，方便使用。管道结构设计规程》条文说明资料编号：CECS141-2002-SM第13页@'