钢管顶管设计计算书

1、钢管顶管设计一、设计参数1工程概况包头某输水工程，某段顶管采用直线顶管法施工，管道内径为1600mm钢管，顶进长度为200m。土层物理力学性质参数见表。土层物理力学性质参数表层序土层名称土的重度rsikg/m3变形模里Ed(Mpa)直剪固快实验强度C(kpa)粉土17.1034湿陷性粉土17.910.524.925.4砾砂18.734.8041粉土21.819.21826注：地质勘察报告中，一般提供土的压缩模量E,而规程中，要求提供管侧原状土的变形模量一般Ed，般取Ed=2ES2设计参数钢管内径：D=1600mm,钢管设计壁厚：t=15mm，钢管计算壁厚:t0=t-2=13mm；钢管中心直径：

2、D0=D+t=1615mm；钢管外径:D=D+2t=1600+2x15=1630mm；管道计算直径：d0=D+t0=1613mm,管道计算半径：r0=d0/2=806.5mm；管道至原状地面的埋置深度：Hs=18m;二、强度计算管道环向截面受力计算1管道荷载计算(1)单位长度钢管结构自重标准值G1kG1k=Y5D0t=78.5XnX1.615X0.015=5.97kN/m0.00-：吕勘投二、/A焊1,=切1”:ju.-nnoo/泡星炷杪二Eh粉土0nr-bocSRS01（2）管道竖向土压力计算标准值Fsv.k管顶土的加权内摩擦角：34X1.2+25.4X4+41X6.3+26X6.518申1

3、=18=31.65；管顶土的加权内聚力:0X1.2+24.9X4+0X6.3+18X6.5c=12.03kPa；18为方便计算，以下以加权重度进行计算，管顶土的加权重度:17.1X1.2+17.9X4+18.7X6.3+21.8X6.5Y=19.54KN/m3；s18管顶土的自重应力：b1=ys1Hs=19.54x18=351.72kPa;顶管土的折算内摩擦角（采用朗肯土压力理论按抗剪强度相等的原则进行换算）131.652X12.03申=2X45atantan(45d)互31.652X12.032X45atantan(45)ILI2丿351.72丿=37.64管顶影响宽度：Bt=D11+tan

4、（45-申/2）=1.630X1+tan（4537.64/2）=2.43m;管道穿越土层为层粉土，查给水排水工程顶管技术规程（CECS246:2008,以下简称规程）按一般黏性土取值：Ka卩=0.13；顶管竖向土压力系数:=1e2KaHf=1e-2X0-13X21483=_-n.J=3.29；丿2Ka*2X0.13竖向土荷载:svk2=Ys10.215=21.8X0.215X1630=223.82kN/m2;sv-k3=5s1Bt2c=3.29X19.54X2.432X12.03Fsvk=Fsvk2+Fsv.k3=3-82+776=80-88kN/m2；(3) 管内满水重标准值Gwk:G1=y

5、jnD2=10x1XnX1.62=20.11kN/m；wkw44(4) 管道内水压力标准值：管道工作压力标准值：Fwk=0.45MPa；管道设计水压力标准值：Fwd,k=Fwk+0.50=0.95MPa；(5) 管道外水压力标准值(按最低地下水位计算)：Fww,k=0；(6) 地面荷载Qik:由于管道埋深较深，不考虑管顶地面荷载(车辆荷载和地面堆积荷载)。2管道内力计算(1)管道截面弯矩计算根据规程，管道的土弧基础中心角取120，查规程附录A柔性管道在各种荷载作用下的最大弯矩系数：管道自重：kgm=0.083竖向土压力：kvm=0-138管道水重：弘=.83弯矩折减系数：有内压时申=0.7；无

6、内压时申=1.0；钢管钢材的弹性模量：Ep=2.06X105MPa；钢管管侧原状土的变形模量：Ed=19.2MPa；工况一：空管期间X（乙1“卯仏+乙Fsu.比1）r。b。Er31+0.732XEdX（r0）Ept01+0.732X19-25XC8065）32.06X10513=10X（1.2X0.083X5.97+1.27X0.138X80.88X1.63X0.8065X1=1.11kNm工况二：管内满水、无内水压期间M矿(yGT*.qm/Gi上+yGkum0sukDi+yGwkwmCwk)/o7o21+0.732皿G)3Epf10.732Xx(806-5)32.06X10513_qX(1.

7、2X0.083X5.971.27X0.138X80.88X1.631.2X0.083X20.11)X0.8065X1=1.20kNm工况三：使用期间、管内满水有水压M=申(YGTkgmG1k+YGkvm巴3鮎1+YGwkwm心小七。31+0.732Ed(r)3Ept010.732XX(8065)32.06X10513y=07X(1.2X0.083X5.971.27X0.138X80.88X1.631.2X0.083X20.11)X0.8065X1=0.84kNm（2）管道截面轴力计算（拉力为正，压力为负）可变作用荷载系数：化=.9管道设计水压力下的截面轴力（拉力）：行=化人BdkG彷o=0.9

8、X1.4X0.95X806.5X1=965.38kN管道外水压力下的截面轴力（压力）：川2=一化kG彷0=0.9X1.4X0X806.5X1=0kN3.管道截面应力计算工况一：_6M_6X7.27X106_cc”岛一丄一_39.41N/mm2y1勺岂1000X132工况二：知一6_6X7.88X106_42.60N/mm2巴2%吃01000X132工况三：备一忖26Mx_965-38x1036x5.52x16_104.08N/mm2y3彷0上0彷0垢1000X131000X132（1）管道截面最大环向应力计算：（2）管道截面最大纵向应力计算：管道闭合温差：T=20C假定管道出现偏差的最小距离：

9、L1=50m查规程第13.2.1条，表13.2.1顶管管道顶进允许偏差，假定管道顶进允许的偏差f1=100；钢管顶进施工变形形成的曲率半径：R=圧（幼少12G50)22-=3125m1260XD1=2053.8m22X0.1钢管管材线膨胀系数：a=1.0X105钢管管材的泊松比：=0.3工况一：知=39.41N/mm2（空管计算工况不急温差引起的管道变形）:%11-Vp知%12-Vp知更乂=0.3X39.41+0-5X2-06X105X1-615=65.05N/mm20.5Ep，%=0.3X39.4131250-5x2-06X105x1-615=-41.41N/mm23125工况二：两2=42

10、.60N/mm2唤21叫知+化匕讥耳+0.5Ep=0.3X42.60+0.9X1.4X1.0X105X2.06X105X20+o.5x2.06x105x1.615=0.9XV39.412+65.05239.41X65.05=51.08N/mm2；3125=117.92N/mm2X22=VP”020cT+X23VP”020cX24=VP”020cT0.5Ep.D0=i4.i0N/mm2尺10.5Ep.D0=n.46N/mm2尺10.5EpD0=-92.36N/mm2尺1工况三：勺3=104.08N/mm2唤31=叮3+編匕9退”+叱込=0.3X104.08+0.9X1.4X1.0X105X2.0

11、6X105x20+0.5x2.06x105x1.6153125=136.37N/mm2X32”03EpT+O.Ep=32.54N/mm2X33”03EpX34”03Ep此遇戸0=29.91N/mm2血坷.。0=-73.92N/mm2管道截面折算应力计算：（3）应力折减系数：n=o.9；工况一：xll。口=n：2+Q2-QP01xll01O12=n62+c2-c-c01x1201x12=0.9XJ39.412+(41.41)239.41X(41.41)=63.0N/mm2；工况二：o21=n62+c2-c-c02x2102x21=0.9X42.62+117.92242.6X117.92=93.0

12、8N/mm?；22=n:c2+c2-c-c2202x2202x22=0.9X42.62+14.10242.6X14.10=33.80N/mm2；O23=n：c2+c2-c-c02x2302x23=0.9X42.62+11.46242.6X11.46=34.36N/mm?；O24=n:c2+c2-c-c02x2402x24=0.9XJ42.62+(92.36)242.6X(92.36)=107.55N/mm?；工况三：o31=n：c2+c2-c-c03x3103x31=0.9X104.082+136.372104.08X136.37=111.09N/mm?；O32=n：c2+c2-c-c03x3

13、203x32=0.9X104.082+32.542104.08X32.54=83.0N/mm?；o33=n：c2+c2-c-c03x3303x33=0.9X104.082+29.912104.08X29.91=111.09N/mm?；o34=n：c2+c2-c-c03x3403x34=0.9X104.082+(73.92)2104.08X(73.92)=139.40N/mm?；(4)截面复核工况一：n知=0.9X39.41=35.47N/mm?；nmaxoxii,ox12=0.9Xmax65.05,I41.411=58.55N/mm?；(103L2乙2-1战+1.03)=24943KN/m2:

14、Y0maxox11,x12=1.0xmax51.08,63.0=63.0N/mm2；工况二：耳知=0.9x42.60=38.4N/mm?；nmaxox21,ox22,ox23,ox24=0.9xmax117.92,14.10,11.46,|-92.361=106.13N/mm2；Y0maxo21,o22,o23,o24=1.0xmax93.08,33.80,34.36,107.55=96.80N/mm2；工况三：n03=0-9x104.08=93.67N/mm?；nmaxox31,ox32,ox33,ox34=0.9xmax136.37,32.54,29.91,|-73.92|=122.73N

15、/mm?；Y0maxo31,o32,o33,o34=1.0xmax111.09,83.0,83.53,139.40=125.46N/mm?；钢材钢材强度设计值：f=205N/mm?,安全。三、变形验算查规程附录A,柔性管道竖向变形系数：他=0.089亘彷十3钢管管壁单位纵向长度的截面惯性矩：/=1200=1.83x1054mm4/m;p%变形控制百分率：%=2%；变形控制值：1=32.6mm管道最大竖向变形：3=”/厂0Fau,上力1C,maXE.061E曲四、稳定计算管道真空压力标准值：Fvk=0.05MPa=50KN/m2；原状土的泊松比：vs=0.30；当管壁失稳时的这周拼波数：n=2管壁界面的临界压力：3+Fk=cr,k2/2-）D0丿2x2.06护06乂2-1I1212丿3x-0.32丿X当管壁失稳时的折皱波数：n=2:管壁截面的临界压力：Fcr,k=2Epn2-1彳v2丿、