5.3 承载能力极限状态计算规定
5.3.1 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作用设计值。作用设计值为作用分项系数与作用代表值的乘积。
5.3.2 对管道结构进行强度计算时,应符合下式要求:
式中:γ0——管道的重要性系数,取1.1;当设计为双线或设有调蓄设施时,可取1.0。
S——作用效应组合的设计值;
R——管道结构抗力的设计值。
5.3.3 管道结构进行强度计算时,作用效应的基本组合设计值应按下式计算:
式中:γG1——管自重分项系数,当作用效应对管道结构不利时取1.2,有利时取1.0;
γGi——除管自重外,第i个永久作用分项系数,当作用效应对管道结构不利时取1.27,有利时取1.0;
γQj——第j个可变作用分项系数,当作用效应对管道结构不利时均应取1.4;当有利时均应取1.0;
CG1——管自重的作用效应系数;
CGi——除管自重外,第i个永久作用效应系数;
CQj——第j个可变作用效应系数;
G1k——管自重标准值;
Gik——除管自重外,其他永久作用标准值;
Qjk——第j个可变作用标准值;
ψc——可变作用的组合系数,取0.9。
注:作用效应系数为管道结构中作用产生的效应(内力、应力等)与该作用的比值,可按结构力学方法确定。
5.3.4 预应力钢筒混凝土管的环向预应力钢丝截面面积应按下列公式计算:
式中:Ap——环向预应力钢丝截面面积(mm2/m);
λy——综合调整系数。内衬式预应力钢筒混凝土管取1.1;埋置式预应力钢筒混凝土管:当管径大于1600mm时,取0.9;当管径小于或等于1600mm时,取1.0;
fpy——预应力钢丝的强度设计值(N/mm2),按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的有关规定采用;
d0——预应力钢丝中心至管壁折算截面重心的距离(mm),可按本规程附录E确定;
Asc——钢筒的截面面积(mm2/m);
f——钢筒材料的抗拉强度设计值(N/mm2),按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的有关规定采用;
Nl——设计内水压力及管顶荷载作用下,管侧截面上的轴拉力(N/m),以受拉为正;
Mlmax——在基本组合作用下,管侧截面上的最大弯矩[(N·mm)/m],式(5.3.4-3)计算结果为负值,表示管外壁受拉,代入式(5.3.4-1)时取正值;
r0——管壁截面的计算半径,取管中心至管壁折算截面重心的距离(mm);
kvm、khm、kwm、kgm——分别为竖向压力、侧向压力、管内水重、管自重作用下,管壁截面上弯矩的弯矩系数。可根据管基形式按本规程附录F确定,其中土弧基础的kgm应按基础支承角为20°的数据采用;
D1——管道外径(m);
γGi、γQj——第i个永久作用、第j个可变作用的分项系数,按本规程第5.3.3条规定取值;
qvk——地面车辆轮压引起的竖向压力标准值(N/m2),当其小于地面堆积荷载qmk时,应取qmk计算;
Gwk——管内水重标准值(N/m);
G1k——管自重标准值(N/m);
Fsv,k——管顶竖向土压力标准值(N/m);
Fep,k——管侧主动土压力标准值(N/m2);
Fwd,k——设计内水压力标准值(N/m2)。
5.3.5 对埋设在地下水位以下的管道,应验算抗浮稳定性。验算时,各种作用应采用标准值,抗浮稳定性验算应符合下式要求:
式中:G1k——管自重标准值(kN/m);
Rsv,k——管顶竖向土压力标准值(kN/m),按本规程附录A计算,计算时地下水位以下γs取浮重度;
Ffw,k——管道单位长度上浮托力标准值(kN/m);
Kf——抗浮稳定性抗力系数,Kf不应小于1.1。
5.3.6 在管道敷设方向改变处应采取抗推力措施(支墩、桩或限制接头),并进行抗滑稳定性验算,验算时,各种作用应采用标准值,其抗滑稳定性抗力系数Ks不应低于1.5;当采用限制接头连接多节管道抵抗推力时,抗滑稳定性抗力系数Ks不应低于1.1。
5.3.7 管道敷设方向改变处的抗滑稳定性验算应符合下列规定:
1 当采用支墩或限制接头抗推力时,应符合下列公式要求:
式中:Fk——支墩或限制接头抗推力标准值(kN),按本规程附录G计算;
Fwp,k——在设计内水压力作用下,管道承受的推力标准值(kN),按本规程附录G计算;
Ks——抗滑稳定性抗力系数,按本规程第5.3.6条的规定采用;
P——支墩作用在地基土上的平均压力(kN/m2),指管道支墩底面以上的有效重量∑G产生地基上的压力;对管道纵向向上弯头尚应包括内水压力引起的向下垂直力;
Pmin——支墩作用在地基土上的最小压力(kN/m2);
Pmax——支墩作用在地基土上的最大压力(kN/m2);
fa——经过深度修正的地基承载力特征值(kN/m2),按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的有关规定确定;
V——纵向管道弯头处支墩承受内水压力产生的垂直力标准值(kN),按本规程附录G计算;当V方向向上时,应按式(5.3.7-5)验算;
∑G——包括支墩、管体、管内水、支墩以上覆土等各项有效重量标准值(kN)之和。
2 当采用桩抗推力时,应符合国家现行标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007及《建筑桩基技术规范》JGJ 94的有关规定。
3 限制接头管段钢筒及连接件应进行强度计算,并应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的有关规定。