GB/T 43311-2023 球墨铸铁管设计方法（正式版）

23.040.10GB/T43311—2023球墨铸铁管设计方法国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会IGB/T43311—2023本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定见附录A。单线(|)进行了标示。这些技术差异及其原因一览表见附录B。1GB/T43311—2023球墨铸铁管设计方法GB/T13295和GB/T26081界定的以及下列术语和定义适用于本文件。PFAPMA2GB/T43311—20231——地面；d土弧基础图1管沟回填部位示意图管道两侧的回填土层，其采用的回填材料和压实度决定了回填土反作用模量E'的大小，见图1。土弧基础bedding管道敷设在弧形基础上的，将管道所承受的各种作用传递到地基上的管道结构支承形式，由管下腋角层和管底基础层构成。础中心角的大小，见图1。覆土深度depthofcover;covereddepth3GB/T43311—20233.104基本规定4.2球墨铸铁管的管壁应具备足够的强度来承受内水压力以及回填土荷载、交通荷载等外部荷载的4.3球墨铸铁管的设计应包含内部压力设计和允许覆土深度计算，设计计算方法见第5章和第6b)根据步骤a)初选出的管的公称壁厚emom和最小壁厚emin,按照第6章的公式计算允许覆土5按内部压力设计5.1.1表1给出了压力分级管的允许工作压力PFA。表1压力分级管的允许工作压力PFA压力级别C20C25C30C40C50C64C100PFA/MPa4.05.1.2压力分级管的壁厚见GB/T13295或GB/T26081,压力分级管的最小壁厚emim不应小于4GB/T43311—20233.0mm,并应按式(1)计算：emin=(PFA×SF×DE)/(2×Rm+PFA×SF)……(1)PFA——允许工作压力，单位为兆帕(MPa),见3.1;SF——安全系数，见5.3;DE——管的公称外径(即插口外径),单位为毫米(mm),见GB/T13295或GB/T26081;Rm——球墨铸铁的最小抗拉强度，单位为兆帕(MPa),一般取420MPa。5.1.3压力分级管的公称壁厚enom应按式(2)计enom=emin+(1.3+0.001DN) (2)DN——GB/T13295和GB/T26081规定的管的公称直径，单位为毫米(mm)。5.2.1壁厚分级管的公称壁厚emm不应小于6.0mm,并应按式(3)计算得出：K(0.5+0.001DN) 式中5.2.2璧厚分级管的最小壁厚应按式)计算得出 5.2.3壁厚分级管的允许工作压力CPFA)应按式(5)计算得出 式中：D—管的平均直径(见6.3.4,单位为毫米(mm)5.2.4表2给出了常用壁厚分级管的允许工作压力，常见壁厚分级管的壁厚见GB/T13295。表2壁厚分级管的允许工作压力PFAK9管5GB/T43311—2023DNK9管MPaMPa4504.04.64.34.05.3设计安全系数管道壁厚与允许压力设计时选用的安全系数应符合以下要求：——对于最大允许工作压力设计(即GB/T13295和GB/T26081中的PMA),安全系数SF应取2.5;——对于允许工作压力设计(即GB/T13295和GB/T26081中的PFA),安全系数SF应取3。6按外部荷载设计△≤△max 6GB/T43311—2023管的最大允许径向变形率△max应按照式(7)计算，对于水泥砂浆内衬管，△max不应大于3%;对于有机内衬(如环氧陶瓷内衬、聚氨酯内衬等)或无内衬管，△mx不应大于4%。△mx=100×R₁×(DE-enom)/(SF₁× (7)式中：R材料的环向弯曲强度，单位为兆帕(MPa),取500MPa;SF₁——安全系数，取1.5;E弹性模量，单位为兆帕(MPa),取170000MPa;6.3管的径向变形率△6.3.1管的径向变形率应按式(8)计算：△=100×Kx×q/(8S+0.061E) (8)式中：q——外部荷载造成的管顶单位面积上竖向压力，单位为兆帕(MPa),见6.4.1.1;S——管的径向刚度，单位为兆帕(MPa),见6.3.2;E′——回填土反作用模量，单位为兆帕(MPa),见6.5。 图2Spangler模型示意图6.3.2管的径向刚度S按式(9)计算，也可从GB/T13295和GB/T26081的相关附录中选取：S=1000×E×I/D³ (9)7式中：I——管壁纵向截面单位长度的截面惯性矩(见6.3.3),单位为立方毫米(mm³);D——管的平均直径(见6.3.4),单位为毫米(mm)。6.3.3管壁纵向截面单位长度的截面惯性矩I按式(10)计算： (10)6.3.4管的平均直径D由式(11)计算得出：D=DE一estif…………(11)6.3.5不同管沟类型和土壤类型所对应的变形系数Kx和管侧土的回填土反作用模量E'见表3。6.4管所受外部荷载及允许覆土深度计算6.4.1一般要求6.4.1.1外部荷载造成的管顶单位面积上竖向压力q应按式(12)计算：q=q,+q₂…………(12)式中：q₁——单位面积上土体荷载压力，单位为兆帕(MPa);q₂——单位面积上交通荷载压力，单位为兆帕(MPa)。6.4.1.2允许覆土深度应通过式(6)～式(15)计算得出。6.4.2单位面积上土体荷载压力6.4.2.1单位面积上土体荷载压力q₁应按式(13)计算：q₁=0.001×γ×H…………(13)式中：q₁——单位面积上土体荷载压力，单位为兆帕(MPa);6.4.2.2当缺乏实测数据时，土体重度γ宜取20kN/m³。如果经实际勘测后回填土的土体重度γ小于20kN/m³,也可按实测值选用。如果实测值大于20kN/m³,应按实测值选用。6.4.3单位面积上交通荷载压力6.4.3.1当覆土深度不小于0.3m时，单位面积上交通荷载压力q₂应按式(14)计算：q₂=0.04×β×(1-2×10-⁴DN)/H…………(14)式中：q₂——单位面积上交通荷载压力，单位为兆帕(MPa);β——交通荷载系数(见6.4.3.2)。6.4.3.2交通荷载系数β应符合下列规定。β=P'/100 (15)式中：P'——车辆单轴荷载，单位为千牛(kN)。b)对于铺设在禁止车辆行驶的道路下，β取0.75。8GB/T43311—2023应小于10kN/m²。6.5.1基础中心角取决于施工情况(铺设垫层、管侧回填区的压实度)和管的径向变形(尤其对于6.5.2管侧回填区的回填土反作用模量E'的值取决于土壤类型和管侧回填区的管沟类型。表3给出a)管沟类型1:虚填；b)管沟类型2:管周回填区进行很轻的压实，压实度大于75%;c)管沟类型3:管周回填区进行轻度压实，压实度大于80%;d)管沟类型4:管周回填区进行中度压实，压实度大于85%;e)管沟类型5:管周回填区进行重度压实，压实度大于90%。注：当管沟底部可以为管道提供合适均匀的支撑时，管道通常是直接铺设在平底管沟上，否则会铺设一层疏松土壤作为管底基础。表3回填土反作用模量E′管沟类型12345回填方式虚填很轻压实轻度压实中度压实高度压实大于75大于80大于85大于90基础中心角/()A类土壤类型B类土壤类型C类土壤类型D类土壤类型E类土壤类型F类土壤类型41bb41bb52b753bb75bb当把土壤直接倒入管沟内时，根据不同类型的土壤类型及其含水率，压实度一般能达到70%～80%。除非能确保能达到更高的值，否则E′应取0。9GB/T43311—2023(资料性)本文件与ISO10803:2011结构编号对照情况表A.1给出了本文件与ISO10803:2011结构编号对照一览表。表A.1本文件与ISO10803:2011结构编号对照情况本文件结构编号11233、附录D第一段附录A附录B附录C附录D附录E附录A、附录B、附录C本文件结构编号技术差异原因1删除了“……输送给水、污水和其他流体……”,修改为“……符合GB/T13295和GB/T26081……”适应我国球墨铸铁管市场需求及行业现状。目前，随着行业技术的快速发展，球墨铸铁管除传统的供排水工程外，还可用于燃气、供热等其他领域。3将“ISO7268界定的术语和定义适用于本文件”修改为“GB/T13295和GB/T26081界定的以及下列术语和定义适用于本文件”;管底基础、基础中心角、压实度”,增加了术语“上部回填层、管侧回填土、覆土深度、回填土反作用模量”适应我国球墨铸铁管市场需求及行业现状4.1增加了壁厚分级管的表述；用规范性引用的GB/T13295替换了ISO2531,用规范性引用的GB/T26081替换了ISO7186满足GB/T13295中壁厚分级管设计需要：适应我国技术条件，增加可操作性增加了压力分级管的允许工作压力数值方便标准使用和理解统一了最小壁厚为3.0mm与我国球墨铸铁管标准体系相适应增加壁厚分级管的内部压力设计内容满足GB/T13295中壁厚分级管设计需要明确了径向变形的要求方便标准使用和理解加严了最大允许径向变形率的要求符合我国相关工程建设标准的要求GB/T43311—2023(资料性)C.1概述C.1.1当热力用球墨铸铁管的承插式柔性接口可以消纳温度变化引起的管道热伸长时，设计时仅考虑C.2设计参数表C.1给出了球墨铸铁材料的设计参数。表C.1球墨铸铁材料的设计参数温度℃力学性能弹性模量MPa线膨胀系数抗拉强段R,MPa常温8·[a]适用于J/T81—2013管道应验C.3.1球墨铸铁管驻点Z近似位于管的中间位置，如图C.1所示。图C.1球墨铸铁管驻点示意图C.3.2球墨铸铁管的热伸长量由式(C.1)计算。△L=α×(t₁—to)×L…………(C.1)a——球墨铸铁的线膨胀系数，单位为米每延米摄氏度[m/(m·℃)];t₁——管道工作循环最高温度，单位为摄氏度(℃);to——管道计算安装温度，单位为摄氏度(℃);L——单支管长度，单位为米(m)。GB/T43311—2023表D.1土壤分类土的类别土的工程分类A类土砾石级配良好砾GWB类土砂土或粗粒土(细粒土含量小于15%)级配不良砾GP、含细粒土砾GF、级配良好砂SW级配不良砂SP、含细粒土砂SFC类土粗粒土(细粒土含量大于15%)黏土质砂SC、粉土质砂SM、黏土质砾GC、粉土质砾GMD类土液限小于50%,中低塑性的细粒土(粗颗粒含量大