燃氣管道彈性敷設(shè)設(shè)計參數(shù)的計算

摘 要

摘要：論述了燃氣管道彈性敷設(shè)的要求，埋地燃氣管道施工圖設(shè)計中彈性敷設(shè)有關(guān)參數(shù)的計算方法。關(guān)鍵詞：彈性敷設(shè)；曲率半徑；徑向失穩(wěn)Calculation of Design Parameters for Flexible
摘要：論述了燃氣管道彈性敷設(shè)的要求，埋地燃氣管道施工圖設(shè)計中彈性敷設(shè)有關(guān)參數(shù)的計算方法。
關(guān)鍵詞：彈性敷設(shè)；曲率半徑；徑向失穩(wěn)
Calculation of Design Parameters for Flexible Installation of Gas Pipeline
WANG Yu-mei，YAN Hal-peng，ZHANG Shao-ge
Abstract：The requirements for flexible installation of gas pipeline and the calculation methnds of parameters concerning flexible installation in construction design of buried gas pipeline are described.
Key words：flexible installation；curvature radius；radial instability
    管道在外力或自重作用下產(chǎn)生彈性彎曲變形，施工中利用這種變形，改變管道走向或適應(yīng)高程變化的管道敷設(shè)方式叫作彈性敷設(shè)。利用彈性敷設(shè)可以減少彎頭數(shù)量，降低造價。
   在燃氣管道施工圖設(shè)計中，在平面和立面經(jīng)常采用彈性敷設(shè)的方式。本文僅介紹燃氣管道縱向施工圖設(shè)計中彈性敷設(shè)參數(shù)的計算。
1 彈性敷設(shè)設(shè)計條件
   在燃氣管道縱向施工圖設(shè)計時，一般要根據(jù)測量的各里程地面標(biāo)高、燃氣管道設(shè)計埋深，繪制出管道敷設(shè)縱斷面圖，標(biāo)注出各樁點對應(yīng)的管道埋設(shè)深度。縱向彈性敷設(shè)設(shè)計時，前后各樁點地面標(biāo)高、彈性敷設(shè)管道管徑、擬設(shè)計埋深及各樁點里程為已知條件，確定彈性敷設(shè)起止點及彈性敷設(shè)形成的曲線上各節(jié)點的設(shè)計埋深，是設(shè)計中要解決的問題。
2 彈性敷設(shè)的要求及相關(guān)參數(shù)計算
《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50251—2003)第4.3.14條規(guī)定：彈性敷設(shè)管道的曲率半徑應(yīng)滿足管子強度要求，且不得小于鋼管外徑的1000倍。垂直面上彈性敷設(shè)管道的曲率半徑尚應(yīng)大于管道在自重作用下產(chǎn)生的撓度曲線的曲率半徑。該規(guī)范中規(guī)定的曲率半徑按下式計算：
 
式中R——管道彈性彎曲曲率半徑，m
    α——管道的轉(zhuǎn)角，(°)
    D——管道的外徑，cm
    在垂直面上彈性敷設(shè)管道曲率半徑要同時滿足大于等于1000D和大于管道在自重作用下產(chǎn)生的撓度曲線的曲率半徑兩個條件。
    在管道縱向施工圖設(shè)計時，已知各樁點地面標(biāo)高、彈性敷設(shè)管道管徑、管道擬設(shè)計埋深、各樁點里程和彈性敷設(shè)相鄰點的管道標(biāo)高，據(jù)已知條件求解彈性敷設(shè)曲率半徑、彈性敷設(shè)弧形管長、切線長度、彈性敷設(shè)管道上任意里程點的標(biāo)高、埋深等參數(shù)。
    以過點M、N的切線交點0為坐標(biāo)原點，以管道敷設(shè)方向水平線為x軸，以縱向垂線為z軸，建立坐標(biāo)系，見圖1。
 

圖中M——彈性敷設(shè)起點
    N——彈性敷設(shè)終點
    0——管道彈性彎曲形成圓在點M、N的切線的交點
    P——管道彈性彎曲形成圓的圓心
    R——管道彈性彎曲曲率半徑，m
    α——管道的轉(zhuǎn)角，(°)
    α1——MO與x軸夾角，(°)
    α2——NO與x軸夾角，(°)
    β——0P與z軸夾角，(°)
    L——MD、N0的長度，m
    E——外矢矩，m
    ① 計算α
    據(jù)擬定管道拐點0的埋設(shè)深度、地面標(biāo)高，可求點0的標(biāo)高，再據(jù)鄰近樁點管道標(biāo)高、里程，通過三角函數(shù)可求得α1、α2。
    當(dāng)OM、ON在x軸同側(cè)時：
    α=α1+α2
    當(dāng)OM、ON在x軸不同側(cè)時：
    α=︱α1-α2︱
    ② 確定彈性敷設(shè)曲率半徑R
    1000D及式(1)的計算結(jié)果中的較大值即為彈性敷設(shè)曲率半徑R。
③ 計算切線長度L
 
④ 計算l
 
式中l(wèi)——彈性敷設(shè)形成的起點M至終點N的弧形管長度，m
⑤ 計算外矢距E
 
⑥ 計算彈性敷設(shè)圓心P的坐標(biāo)
 
    ⑦ 建立彈性敷設(shè)圓的方程
    (x-a)2+(z-b)2=R2    (2)
    ⑧ 在式(2)中輸入不同的x值，可計算對應(yīng)平面樁號的彈性敷設(shè)管道處的z值，據(jù)z值及點O的相對標(biāo)高，即可求出對應(yīng)點管道的相對標(biāo)高。
3 燃氣管道彈性敷設(shè)設(shè)計注意事項
    ① 管道平面和豎向轉(zhuǎn)向時，在條件允許的情況下，優(yōu)先采用彈性敷設(shè)。
    ② 縱向彈性敷設(shè)時，若管道向上彎曲，則應(yīng)注意計算后的最淺埋深必須大于等于設(shè)計最小埋深。
    ③ 縱向彈性敷設(shè)時，若管道向下彎曲，則應(yīng)注意計算后的最大埋深必須小于等于鋼管出現(xiàn)徑向失穩(wěn)的埋深。
    ④ 平面彈性敷設(shè)時，管道彈性敷設(shè)不要偏離規(guī)劃部門給定的控制界限。
    ⑤ 管道平面和豎向都轉(zhuǎn)向時，不宜采用彈性敷設(shè)。
    ⑥ 當(dāng)管道采取彈性敷設(shè)時，彈性敷設(shè)管道與相鄰的反向彈性彎曲管段之間及彈性彎曲管段和人工彎管之間應(yīng)采用直管段連接，直管段長度不應(yīng)小于管道外徑，且不應(yīng)小于500mm。
4 結(jié)語
    為減少彎頭數(shù)量，在燃氣管道設(shè)計時，應(yīng)盡量采取彈性敷設(shè)方式，從工程建設(shè)的源頭——設(shè)計階段，盡可能為項目業(yè)主降低工程造價，節(jié)約建設(shè)資金。
 
(本文作者：王玉梅1 閻海鵬2 張紹革3 1.哈爾濱市燃氣工程設(shè)計研究院 黑龍江哈爾濱 150016；2.中國市政工程華北設(shè)計研究院 天津 300074；3.哈爾濱市中慶燃氣有限責(zé)任公司 黑龍江哈爾濱 150076)