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4 基本设计规定

4.1 一 般 规 定

4.1.1、4.1.2 条文明确规定本规范的制订系根据《工程结构可靠度设计统一标准》GB 50153-92 及《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068-2001 规定的原则,采用以概率理论为基础的极限状态设计方法。在具体编制中,考虑到统计数据的掌握不足,主要以工程校准法进行。其中关于管道结构的整体稳定验算,涉及地基土质的物理力学性能,其参数变异更甚,条文规定仍可按单一抗力系数方法进行设计验算。
条文规定管道结构均应按承载能力和正常使用两种极限状态进行设计计算。前者确保管道结构不致发生强度不足而破坏以及结构失稳而丧失承载能力;后者控制管道结构在运行期间的安全可靠和必要的耐久性,其使用寿命符合规定要求。

4.1.3 本条对管道结构的计算分析模型,作了原则规定。
1 对埋地的矩形或拱型管道,当其净宽较大时,管顶覆土等荷载通过侧墙、底板传递到地基,不可能形成均匀分布。如仍按底板下地基均布反力计算时,管道结构内力会出现较大的误差(尤其是底板的内力)。据此条文规定此时分析结构内力应按结构与地基土共同工作的模型进行计算,亦即应按弹性地基上的框(排)架结构分析内力,以使获得较为合理的结果。
本项规定在原规范中,控制管道净宽为4.0m 作为限界,本次修改为3.0m,这是考虑到实际上净宽4.0m 时,底板内力的误差还比较大,为此适当改变了净宽的限界条件。
2 条文对于埋地的圆形管道结构,规定了首先应对该圆管的相对刚度进行判别,即验算圆管的结构刚度与管周土体刚度的比值,以此判别圆管属于刚性管还是柔性管。前者可以不计圆管结构的变形影响;后者则应予考虑圆管结构变形引起管周土体的弹性抗力,两者的结构计算模型完全不同,为此条文要求先行判别确认。
在一般情况下,金属和化学管材的圆管属于柔性管范畴;钢筋混凝土、预应力混凝土和配有加劲肋构造的管材,通常属于刚性管一类。但也有可能当特大口径的圆管,采用非金属的薄壁管材时,也会归入柔性管的范畴。

4.1.4 条文对管、土刚度比值αs 给出了具体计算公式,便于工程技术人员应用。
当管顶作用均布压力p时,如不计管自重则可得管顶的变位为:

4.1.5 本条明确规定了对管道的结构设计,应综合考虑管体、管道的基础做法、管体间的连接构造以及埋地管道的回填土密实度要求。管体的承载能力除了与基础构造密切相关外,管体外的回填土质量同样十分重要,尤其对柔性管更是如此,回填土的弹抗作用有助于提高管体的承载能力,因此对不同刚度的管体应采取不同密实度要求的回填土,柔性管两侧的回填上需要密实度较高的回填土,以提供可靠的弹性抗力;但对不设管座的管体底部,其土基的压实密度却不宜过高,以免减少管底的支承接触面,使管体内力增加,承载能力降低。为此条文要求对回填土的密实度控制,应列入设计内容,各部位的控制要求应根据设计需要加以明确。对这方面的要求,国外相应规范都十分重视,甚至附以详图对管体四周的回填土要求,分区标示具体做法。

4.1.6 本条对管道结构的内力分析,明确应按弹性体系计算,不能考虑非弹性变形后的塑性内力重分布,主要在于管道结构必须保证其良好的水密性以及可靠的使用寿命。

4.1.7 条文针对管道结构的运行条件,从耐久性考虑,规定了需要进行内、外防腐的要求。同时,还对输送饮用水的管道,规定了其内防腐材料必须符合有关卫生标准的要求。这一点是十分重要的,对内防腐材料判定是否符合卫生标准,必须持有省级以上指定的检测部门的正式检测报告,以确保对人体健康无害。