4.4 管道結(jié)構(gòu)設(shè)計
4.4.1 管道上的荷載作用分類、作用標準值、代表值和準永久值系數(shù)均應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB 50332的有關(guān)規(guī)定。
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4.4.2 管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計文件應(yīng)包括管材規(guī)格、管道基礎(chǔ)、連接構(gòu)造，以及對管道工程各部位回填土的技術(shù)要求。
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4.4.3 管道結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析，均應(yīng)按彈性體系計算，不考慮由非彈性變形所引起的塑性內(nèi)力重分布。
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4.4.4 管道在荷載作用下管壁極限承載力強度應(yīng)滿足下式要求：
式中：γ0——管道的重要性系數(shù)；對于輸水管道，當單線輸水且無調(diào)蓄設(shè)施時應(yīng)取1.1，當雙線輸水時應(yīng)取1.0；對于給水配水管道應(yīng)取1.0；
ψc——管道強度計算的荷載組合系數(shù)，取0.9；
σp——管道內(nèi)設(shè)計壓力作用下，管壁環(huán)向拉應(yīng)力設(shè)計值(MPa)；
αf——管材拉伸強度設(shè)計值與彎曲強度設(shè)計值的比值；
rc——管道的壓力影響系數(shù)；
σm——管道在外壓力作用下，管壁最大的環(huán)向彎曲應(yīng)力設(shè)計值(MPa)；
ft——管道的溫度對壓力的折減系數(shù)，應(yīng)按本規(guī)程表3.3.3-1～表3.3.3-3的規(guī)定取值；
fp——管材拉伸強度設(shè)計值(MPa)，應(yīng)按本規(guī)程表3.3.5的規(guī)定取值；
fm——管材彎曲強度設(shè)計值(MPa)，按本規(guī)程表3.3.6的規(guī)定取值。
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4.4.5 管道內(nèi)設(shè)計內(nèi)水壓力產(chǎn)生的管壁環(huán)向拉應(yīng)力可按下式計算：
式中：γQ——可變荷載分項系數(shù)，此處為管道的內(nèi)水壓力分項系數(shù)，應(yīng)取1.4；
η——管道壓力計算調(diào)整系數(shù)，聚乙烯(PE)管道可取0.8，硬聚氯乙烯(PVC-U)管道可取1.0，抗沖改性聚氯乙烯(PVC-M)管道可取0.9；
D0——管道計算直徑(mm)，即管道外徑減壁厚；
t——管壁計算厚度(mm)。
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4.4.6 管道在外壓力作用下，管壁最大的環(huán)向彎曲應(yīng)力可按下列公式計算：
式中：Df——管道的形狀系數(shù)，可按表4.4.6-1的規(guī)定采用；
Ep——管材的彈性模量(MPa)；
γG——永久荷載分項系數(shù)，此處為管道頂覆土荷載分項系數(shù)，應(yīng)取1.27；
qsv,k——管頂單位面積豎向土壓力標準值(N／mm2)；
γQ——可變荷載分項系數(shù)，此處為管道頂?shù)孛婧奢d分項系數(shù)，應(yīng)取1.40；
qvk——地面作用傳遞至管頂?shù)膲毫藴手?N／mm2)；
D1——管材的外徑(mm)；
Ed——管側(cè)土的綜合變形模量(MPa)，可按本規(guī)程附錄A的規(guī)定取值；
Kd——豎向壓力作用下管道的豎向變形系數(shù)，應(yīng)根據(jù)管底土弧基礎(chǔ)的中心角按表4.4.6-2的規(guī)定確定；
SN——管道的剛度等級(N／mm2)；
Ip——管壁縱向截面單位長度截面慣性矩(mm4／mm)。
表4.4.6-1 管道的形狀系數(shù)
表4.4.6-2 豎向壓力作用下管道的豎向變形系數(shù)
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4.4.7 當管道公稱直徑不大于630mm時，管壁極限承載力強度計算中，可不考慮外壓荷載效應(yīng)。
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4.4.8 當管道埋設(shè)在地下水或地表水位以下時，應(yīng)根據(jù)地下水水位和管道覆土條件驗算抗浮穩(wěn)定性，并應(yīng)符合下式要求：
式中：∑FGk——各項永久作用形成的抗浮作用標準值之和(kN)；
Ff——管道所受浮托力標準值(kN)；
Kf——抗浮穩(wěn)定性抗力系數(shù)，Kf不應(yīng)小于1.1。
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4.4.9 管道應(yīng)根據(jù)各項作用的不利組合，驗算管壁截面的環(huán)向穩(wěn)定性。驗算時各項作用均應(yīng)取標準值，并應(yīng)符合下式要求：
式中：Fcr,k——管壁截面環(huán)向失穩(wěn)的臨界壓力(N／mm2)；
Kst——管壁截面環(huán)向穩(wěn)定性抗力系數(shù)，Kst不應(yīng)小于2.0；
Fsv,k——管頂處的豎向土壓力標準值(N／mm2)；
qvk——地面作用傳遞至管頂?shù)膲毫藴手?N／mm2)；
Fvk——管道內(nèi)的真空壓力標準值(N／mm2)。
4.4.10 管道管壁截面環(huán)向失穩(wěn)的臨界壓力應(yīng)按下式計算：
式中：ηE——管材彈性模量的長期性能調(diào)整系數(shù)；對于不同管材應(yīng)分別取值，聚乙烯(PE)管材可取0.25，硬聚氯乙烯(PVC-U)管材可取0.45，抗沖改性聚氯乙烯(PVC-M)管道可取0.5；
Ep——管材的彈性模量(MPa)；
n——管壁失穩(wěn)時的褶皺波數(shù)，其取值應(yīng)使管壁截面環(huán)向失穩(wěn)的臨界壓力(Fcr,k)為最小值，并應(yīng)為大于等于2.0的整數(shù)；
SDR——管材的標準尺寸比，即管材的公稱直徑與公稱壁厚的比(經(jīng)圓整)；
vp——管材的泊桑比，對于不同管材應(yīng)分別取值，聚乙烯(PE)管材可取0.45，聚氯乙烯(PVC)管材可取0.40；
Ed——管側(cè)土的綜合變形模量(MPa)；
vs——管側(cè)土體的泊桑比，根據(jù)土工試驗確定。
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4.4.11 管道采用承插式接口時，敷設(shè)方向改變處應(yīng)采取抗推力措施，并進行抗滑穩(wěn)定驗算，應(yīng)符合下列公式要求：
式中：Epk——作用在支墩抗推力一側(cè)的被動土壓力合力標準值(kN)，可按朗金土壓力公式計算；
Eαk——作用在支墩推力一側(cè)的主動土壓力合力標準值(kN)，可按朗金土壓力公式計算；
Ffk——支墩底部滑動平面上的摩擦阻力標準值(kN)，只計入永久作用形成的摩擦阻力；
Ks——抗滑穩(wěn)定性抗力系數(shù)，應(yīng)大于1.5；
Fpw,k——在設(shè)計內(nèi)水壓力標準值作用下，管道承受的推力標準值(kN)；
p——支墩作用在地基上的平均壓力(kPa)；
fa——經(jīng)過深度修正的地基承載力特征值(kPa)，按現(xiàn)行國家標準《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB 50007的規(guī)定采用；
pmin——支墩作用在地基上的最小壓力(kPa)；
pmax——支墩作用在地基上的最大壓力(kPa)。
4.4.12 管道在作用效應(yīng)準永久組合下的最大長期豎向變形應(yīng)符合下式要求：
式中：wd,max——管道在作用效應(yīng)準永久組合下的最大長期豎向變形(mm)；
D0——管道計算直徑(mm)，即管道外徑減壁厚。
4.4.13 管道在土壓力和地面荷載作用下產(chǎn)生的最大長期豎向變形可按下式計算：
式中：DL——變形滯后效應(yīng)系數(shù)，可取1.2～1.5；
qsv,k——管頂單位面積豎向土壓力標準值(kN／m2)；
ψq——地面作用傳遞至管頂壓力的準永久值系數(shù)；
qvk——地面作用傳遞至管頂?shù)膲毫藴手?kN／m2)；
D1——管材的外徑(m)；
Kd——豎向壓力作用下管道的豎向變形系數(shù)，應(yīng)根據(jù)管底土弧基礎(chǔ)的中心角按本規(guī)程表4.4.6-2確定；
ηE——管材彈性模量的長期性能調(diào)整系數(shù)，對于不同管材應(yīng)分別取值：聚乙烯(PE)管材可取0.25，硬聚氯乙烯(PVC-U)管材可取0.45，抗沖改性聚氯乙烯(PVC-M)管道可取0.5；
SN——管材的剛度等級(N／mm2)；
Ed——管側(cè)土的綜合變形模量(MPa)。
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4.4.14 埋地塑料給水管道接口的連接方式應(yīng)根據(jù)管道的受力狀態(tài)、管道沿線工程地質(zhì)條件等因素，按本規(guī)程第5.3節(jié)的有關(guān)規(guī)定確定。
4.4.15 管道應(yīng)采用中、粗砂鋪墊的人工土弧基礎(chǔ)。管底以下部分人工土弧基礎(chǔ)厚度應(yīng)符合下式要求：
式中：hd——管底以下部分人工土弧基礎(chǔ)厚度(m)，不宜小于150mm；
dn——管材公稱直徑(m)。
4.4.16 管道管底以上部分人工土弧基礎(chǔ)的尺寸，應(yīng)根據(jù)工程結(jié)構(gòu)計算的支承角值增加30°確定，人工土弧基礎(chǔ)的支承角不宜小于90°。
4.4.17 管道的管周圍回填土的壓實系數(shù)，應(yīng)在有關(guān)設(shè)計文件中明確規(guī)定。管底以下部分人工土弧基礎(chǔ)的壓實系數(shù)應(yīng)控制在0.85～0.90；管底以上部分人工土弧基礎(chǔ)和管兩側(cè)胸腔部分的回填土壓實系數(shù)不應(yīng)小于0.95。
4.4.18 埋地塑料給水管道系統(tǒng)中采用承插式彈性密封圈柔性連接時，可不進行管道縱向溫度變形計算，其他連接形式均應(yīng)進行管道縱向溫度變形計算。管道由溫差產(chǎn)生的縱向變形量可按下式計算：
式中：△L——由溫差產(chǎn)生的縱向變形量(m)；
Cp——管材線膨脹系數(shù)(m／(m·℃))；
L——管段長度(m)；
△t——管壁處施工安裝與運行使用中的最大溫度差(℃)。
