地下管道基本知识

轴向应力
p
F
近似解
a
a

F A

pD 2 4D

pD
4
精确解：
a


F D2 d2
pd 2
D2 d 2
4
例1-1：管道外径273mm，壁厚9mm，内压10Mpa， 分别按精确值和薄壁近似公式计算管道的轴向应 力，并比较两种计算方法的差别。
解：已知：D 273 mm, 9mm,
区、工业区、发展区以及不够四级地区条件的人口稠密区
• 四级地区：系指四层及四层以上楼房（不计地下室层数）普通集 中、交通频繁、地下设施多的地区。
d 255 mm, p 10MPa
轴向应力
精确解： a

pd 2 D2 d 2

10 255 2 273 2 255 2
68.4MPa
近似值（薄壁）：
a

pD
4
10 273 75.3MPa 49
两者的相对误差为10.8％
管道轴向应力近似值的保守性随比值D／t增大 而增大，一般而言，如果D／t比值小于20，则 应按厚壁管考虑。
焊缝系 数 1
1
备注
d为钢管 公称壁
厚
钢管的最低屈服强度和焊缝系数（二）
钢管标准名称
《石油天然气工业 输送钢管交货 条件第2部分： B级钢管》 GB/T 9711.11999
钢号或钢级 L245NB L245MB L290NB L290MB L360NB L360QB L360MB L415NB L415QB L415MB L450QB L450MB L485QB L485MB L555QB L555MB
最低屈服强度(Mpa） 245~440* 290~440* 360~510*
415~565* 450~570* 485~605* 555~675*
焊缝系数
备注
B级管的质量和试
1
验要求高于A
级管
NB为无缝管和焊接管用钢，QB为无缝管用钢，MB为焊接管用钢；*为0.5%应变的应力值。
输油管道直管段的壁厚设计公式
厚壁圆筒——有径向应力
b
a
p2
p1
r

a2 p1 b2
b2 p2 a2

a2b2 ( p2 p1) (b2 a2 )r 2


a2 p1 b2 p2 b2 a2

a2b2源自文库( p2 p1) (b2 a2 )r 2
仅有内压
r

a2 p1 b2 a2
(1
b2 r2 )


a2 p1 b2 a2
(1
b2 r2 )

r

2 pa2b2 (b2 a 2 )r 2
s
当量应力的最大值在内壁
1-3 许用应力与壁厚设计
管径、压力由工艺确定，壁厚由强度确定。
许用应力 Ks
式中:
—许用应力
K —设计系数，按标准取值 —焊缝系数 S —钢管最低屈服强度
t=1.0
输气管道的强度设计系数
地区等级 一级地区 二级地区 三级地区 四级地区
强度设计系数 0.72 0.6 0.5 0.4
地区等级（沿管道中心线两侧各200m范围内，任意划分成长度为 2km并能包括最大聚居户数的若干地段 ）
• 一级地区：户数在15户或以下的区段； • 二级地区：户数在15户以上、100户以下的区段； • 三级地区：户数在100户或以上的区段，包括市郊居住区、商业
• 由于振动和共振所引起的应力； • 冻土或膨胀土中的膨胀压力； • 沙漠中沙丘移动的影响； • 地基沉降附加在管道的荷载。
1-2 环向应力
• 内压是影响管道的最主要荷载 • 内压产生轴向应力和环向应力 • 由环向应力确定壁厚
环向应力
pD 2 h
p
h

pD
2
D
Barlow公式
σpσ D
式中:


pD
2
—壁厚，mm p —设计压力，MPa D —管道直径，mm
—钢管的许用应力，MPa
输气管道壁厚设计公式
式中:
pD 2 sFt
p —设计压力，MPa D —管道直径，mm
s —钢管的最低屈服强度，MPa —焊缝系数
F —设计系数 t —温度折减系数，当温度低于120C时，取
第1章 地下管道
• 干线（长输）管道中98%是地下； • 管道地下敷设的好处
–施工简单、占地面积小，节省投资，容易受 到保护，不影响交通和农业耕作
• 管道过沼泽、高地下水位和重盐碱土地区时， 经技术经济比较后，可采用土堤敷设。
1-1 荷载和作用力
• 荷载是管道及其附件的强度设计依据。 • 实际中存在多种载荷，各具不同特征，造成的
最低屈服强度（Mpa）
295（d>16mm为285） 295（d>16mm为315） 245（d>16mm为235）
175(172) 210(207) 245(241) 290(289) 320(317) 360(358) 390(386) 415(413) 450(448) 485(482) 555(551)
钢管的最低屈服强度和焊缝系数（一）
钢管标准名称
钢号或钢级
《输送流体用无缝钢管》 GB/T 8163-1999
《石油天然气工业输送 钢管交货条件第1部分： A 级 钢 管 》GB/T 9711.1-1997
Q295 Q345
20 L175(A25)
L210(A) L245(B) L290(X42) L320(X46) L360(X52) L390(X56) L415(X60) L450(X65) L485(X70) L555(X80)
材料破坏形式和机理也存在差异。 • 荷载分类：
–永久荷载 –可变荷载 –偶然荷载
• 设计时组合。
永久荷载（恒荷载）
• 输送介质的内压力； • 钢管及其附件、绝缘层、保温层、结构附件等
的自重； • 输送介质的重量； • 横向和竖向的土压力； • 静水压力和水浮力； • 温度应力以及静止流体由于受热膨胀而增加的
力； • 由于连接构件相对位移而产生的作用力。
可变荷载（活荷载）
• 试运行时的水重量； • 附在管道上的冰雪荷载； • 由于内部高落差或风、波浪、水流等外部因素
产生的冲击力； • 车辆及行人荷载； • 清管荷载； • 检修荷载； • 施工过程中的各种作用力。
偶然荷载
• 位于地震基本烈度七度及七度以上地区的管道， 由地震引起的活动断层位移、沙土液化、地基滑 坡施加在管道上的力；