5.4 直管段局部稳定性验算

5.4.1 对由于土壤摩擦力约束热胀变形或局部沉降造成的高内力的直管段，不得出现局部屈曲、弯曲屈曲和皱折。

5.4.2 公称直径大于500mm的管道应进行局部稳定性验算，并应符合下式计算规定：

式中：D_o——工作管外径(m)；

δ——工作管公称壁厚(m)；

α——钢材的线膨胀系数[m/(m·℃)]；

E——钢材的弹性模量(MPa)；

t₁——管道工作循环最高温度(℃)；

t₀——管道计算安装温度(℃)；

υ——钢材的泊松系数，取0.3；

P_d——管道计算压力(MPa)。

5.4.3 对于承受较大静土压和机动车动土压的管道不得出现径向失稳。

5.4.4 公称直径大于500mm的管道应按下列公式进行径向稳定性验算：

式中：ΔX——工作管径向最大变形量(m)；

W——管顶单位面积上总垂直荷载(kPa)，包括管顶垂直土荷载和地面车辆传递到钢管上的荷载，直埋管道管顶单位面积上总垂直荷载应符合表5.4.4的规定；

D_o——工作管外径(m)；

E——钢材的弹性模量(kPa)；

δ——工作管公称壁厚(m)；

r——工作管平均半径(m)。

表5.4.4 直埋管道管顶单位面积上总垂直荷载

条文说明

5.4.1 管道在承受高轴向压应力和截面内存在缺陷部位可能出现塑性变形的集中。直埋热水管道的温度位移受到了外部摩擦力约束，就是属于承受高轴向压应力的管道系统。

5.4.2 直埋热水管道从整体看属于杆件，但是从局部看又属于薄壁管壳，特别是大直径的管道。对于大管径、高温度、高压力的直埋热水管道，横截面受到较高的压应力作用，当最大压应变达到一个临界水平时便有可能会发生局部屈曲，局部产生较大的变形，导致管道的局部褶皱而失效。管道的局部屈曲多数发生在应力不连续、管壁有缺陷的地方。

国内外有一些关于防止薄壁管壳局部屈曲的研究成果。

1 1976年Sherman提出的临界屈曲应力计算公式为：

2 1991年Stephens等提出的临界屈曲应力计算公式为：

3 欧洲规范EN 13941对于直埋管道径厚比的规定式。

4 国家标准《压力容器》GB 150圆筒许用轴向压缩应力的公式。

通过几个公式的运算结果比较，EN 13941更保守，计算的管壁厚度太大。本条的公式采用国内目前的研究成果，径厚比的计算结果较前两个公式要保守。

5.4.3、5.4.4 理论研究表明，直埋敷设的柔性管道能够利用其周围土壤的承载能力，当管道椭圆变形达到钢管外直径的20％时，才发生整体结构破坏。但试验证明，椭圆变形达到钢管外直径的5％时，管壁便开始出现屈服。国家标准《输油管道工程设计规范》GB 50253-2003，《输气管道工程设计规范》GB 50251-2003都规定管道的椭圆变形量应小于钢管外径的3％，本条是参照上述规范制定的。本条对原公式中按直埋热水管道常见条件代入的基础数据做了处理，便于应用。表5.4.4中车辆荷载按后轴重力标准值140kN，单个轮组70kN计算。

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