油气输送管道穿越管段计算要点

油气输送管道穿越管段计算要点
1.1.1
穿越段钢管的壁厚应按下式计算确定，钢管外径与壁厚之比不应大于100。

2[]PD
δσ
（3.2.1）
式中：δ——钢管计算壁厚（mm ）；
P ——输送介质设计内压力（MPa ）
； D ——钢管外径（mm ）；
[]σ——输送钢管许用应力（MPa ）。

1.1.2 钢管的许用应力应按下式计算。

Φ []s σF t σ＝ （3.2.2）
式中：[]σ——输送油气钢管的许用应力（MPa ）；
s σ——钢管的规定最小屈服强度（MPa ）； Φ——钢管焊缝系数，符合本标准3.1.6条要求标准的钢管，Φ取1.0； t ——温度折减系数，当设计温度小于120℃时，t 值取
1.0；
F ——强度设计系数，按表3.2.2取值。

表3.2.2强度设计系数
注：1 穿越渡槽、桥梁、古迹可视其重要性参照水域穿越选取设计系数；
2 输气管道地区等级划分应符合现行国家标准《输气管道工程设计规范》GB50251的有关规定。

1.1.3
穿越管段计算的作用应包括永久作用、可变作用和偶然作用，并应按下列规定计算： 1
永久作用应包括输送介质内压力、管道及其结构自重、输送介质自重、管周土压力、
静液压力、浮力、强制弹性变形产生的变形应力；
2
可变作用应包括动水压力、车辆荷载、温度作用、检修荷载、试压充水压力、试压
充水荷载、清管荷载、施工荷载；
3 偶然作用，包括地震作用及其他可能发生的偶然作用。

1.1.4
穿越管段应根据穿越管道上可能发生的工作状况，按主要组合、附加组合、特殊组
合进行运营、施工阶段不同设计工况的作用组合，取其最不利工况组合进行设计。

主要组合应为运营阶段永久作用与可能发生的可变作用的组合；附加组合应为施工阶段永久作用与可能发生的可变作用的组合；特殊组合应为运营阶段永久作用与偶然作用及可能发生的可变作用的组合。

1.1.5 穿越管段应根据设计选用壁厚和管材等级，核算强度、刚度及稳定性。

1.1.6
穿越管段的应力计算应符合下列规定：
1 内压产生的环向应力应按下式计算：
σℎ=
Pd 2δ
（3.2.6-1）
2 内压产生的轴向应力应分别按式（3.2.6-2）与式（3.2.6-3）计算： 1）当管段轴向变形受约束时，：
h ap μσσ= （3.2.6-2）
2）当管段轴向变形不受约束时：
h ap σσ5.0= （3.2.6-3）
3 温度变化产生的轴向应力应按下式计算：
)(21t t E s at -=ασ （3.2.6-4）
4 弹性敷设产生的弯曲应力应按下式计算：
R
D
E s be 2±
=σ （3.2.6-5）
5 轴向荷载产生的轴向应力应按下式计算：
A
N
ax =
σ （3.2.6-6） 6 隧道内管段架空敷设时，荷载作用下产生的应力计算应符合下列规定： 1）弯矩产生的弯曲应力应按下式计算：
W
M
bm ±
=σ （3.2.6-7） 2）挠度产生的轴向应力应按下式计算：
2
244f L Df E s af +=
σ （3.2.6-8）
3）剪力产生的最大剪应力应按下式计算：
（3.2.6-9）
A
V
2=
τ
式中：σh ——管段内压或外压产生的环向应力（MPa ）；
σap ——管段内压产生的轴向应力（MPa ）； σat ——温度变化产生的轴向应力（MPa ）； σbe ——弹性敷设产生的弯曲应力（MPa ）； σbm ——弯矩产生的弯曲应力（MPa ）； σaf ——挠度产生的轴向应力（MPa ）； σax ——轴力产生的轴向应力（MPa ）； τ ——剪力产生的最大剪应力（MPa ）； P ——穿越管段所受的内压或外压（MPa ）； d ——钢管内径（mm ）；
——钢管外径（mm ）；
δ ——钢管壁厚（mm ）；
E s ——钢材的弹性模量，取2.1×105（MPa ）； μ ——钢材的泊桑比，取0.3；
α ——钢材的线膨胀系数，取1.2×10-5[m/（m·℃）]； t 1 ——管道安装闭合时的环境温度（℃）； t 2 ——穿越管段输送介质温度（℃）； R ——管段弹性敷设曲率半径（mm ）； N ——外荷载产生的轴力（N ）； A ——钢管的截面面积（mm 2）；
M ——架空管段荷载作用下产生的弯矩（N·mm ）； W ——钢管的净截面抵抗拒（mm 3）
f ——架空管段荷载作用下产生的最大挠度（mm ）； L ——架空管段跨度（mm ）；
V ——架空管段荷载作用下产生的剪力（N ）。

7 其他作用引起的环向应力、轴向应力、弯曲应力和剪应力，应根据实际可能发生的
情况进行计算。

8 各作用组合下的总轴向应力应按下式计算：
σa =σap +σat +σaf +σax +σbm +σbe （3.2.6-10）
σa 应按不同作用组合的代数和进行计算。

9 各作用组合下的当量应力应符合下列规定： 1）当管段轴向变形受约束时：
a h e σσσ-= （3.2.6-11）
D
2）当管段轴向变形不受约束时：
2223τσσσσσ+-+=
a h a h e （3.2.6-12）
1.1.7
穿越管段强度校核（不包括地震作用组合）应符合下列规定：
1 当管段轴向变形受约束时各作用组合下的各单项总应力及当量应力应符合下列规
定：
1） 各作用组合下的总轴向应力应满足下式要求：
[]
σησ≤a
（3.2.7-1）
2） 管段内压产生的环向应力应满足下式要求：
除试压以外的工况：
[]
σησ≤h
（3.2.7-2）
试压工况：
（3.2.7-3）
3） 各作用组合下的当量应力应满足下式要求：
s e σσ9.0≤ （3.2.7-4）
2
当管段轴向变形不受约束时，各作用组合下的当量应力应满足下式要求：
[]σησ≤e （3.2.7-5）
式中：σa ——各作用组合下的总轴向应力（MPa ）；
σh ——管段内压（或外压）产生的环向应力，试压工况σh 为试验压力与静水压力之
和所产生的环向应力（MPa ）；
σe ——穿越管段的当量应力（MPa ）；
σs ——穿越段钢管的规定最小屈服强度（MPa ）； η——穿越段钢管许用应力提高系数；
[σ] ——穿越段钢管许用应力，按本标准第3.2.2条取用（MPa ）。

3
钢管许用应力提高系数应按表3.2.7确定，且提高后的许用应力附加组合不应大于
0.8σs ，特殊组合不应大于1.0σs 。

表3.2.7 许用应力提高系数
1.1.8
穿越管段抗震设计和校核应符合现行国家标准《油气输送管道线路工程抗震技术规
范》GB/T 50470的有关规定。

s h σσ9.0≤
1.1.9 当按本标准第3.
2.6条计算出穿越管段承受轴向压应力时，应按下列公式核算管段的
轴向稳定。

N ≤ cr n N （3.2.9-1）
12 0.[]5s h N E αt t μσA （）（）=-+- （3.2.9-2）
式中： ——由温度和内压产生的轴向压力（MN ），
——管段开始失稳时的临界轴向力（MN ），按现行国家标准《输油管道工程设计规范》GB50253-2014附录K 的规定计算；
——安全系数，对于大型穿越工程，n =0.7；中型穿越工程，n =0.8；小型穿越工
程，n =0.9；
——钢材的线膨胀系数，取1.2×10-5[m/（m·℃）]；
——钢材的泊桑比，取0.3； ——穿越管段钢管的截面面积（m 2）
N
cr N n αμA。