管道结构设计范文
时间：2023-08-10 16:33:21
管道结构设计范文第1篇
大伙房水库输水应急入连工程是由大伙房水库向大连市输水的一项大型输水工程,输水管线由大伙房水库输水(二期)工程之鞍山加压泵站引出,年输水量为3×108m3。
本工程由两部分组成:碧流河水库北段工程和碧流河水库南段工程。
碧流河水库北段工程输水线路全长163.26km,其中;
鞍山加压泵站。隧洞前输水管线长121.37kin,管线管材主要采用预应力钢套筒混凝土管(以下简称PCCP),管线穿越高速公路、省国道、铁路、大中型河流等采用钢管,管径为DN2800。
输水隧洞长14.12km,为城门洞型断面,隧洞断面尺寸(B×H)为3.2m×3.48m,
隧洞后输水管线末端输水管线长27.77km,管线管材主要采用预应力钢套筒混凝土管(以下简称PCCP),管线穿越省国道、大中型河流等采用钢管,管径为DN2400。
对该工程采用的PCCP管材设计应用了美国供水工程协会ANSI/AWWA C304-99标准配套的设计程序“VDP”进行了结构设计计算。
2、设计方法简介
根据AWWA C304-99标准,采用极限状态设计方法对PCCP管进行设计,既考虑管材的预应力状况,也考虑外载(we。wt,Ws)、管重(Wp)和水重(Wf)及工作压力(Pw)瞬时压力(Pt)检验压力(Pft)的综合影响,保证管材的使用可靠性,从弹性和强度极限上提供足够的安全储备设计。计算程序采用AWWA C304-99配套设计软件UDP和本院自编软件CDP,规范要求的最小钢丝面积作为钢丝初始面积核对管体各项极限状态的指标要求,如果不能通过验算条件钢丝面积自动累加,直到满足要求。
需要说明的是根据AWWA C304的默认要求,预应力钢丝张拉控制应力固定为钢丝抗拉强度的75%,并且:
当预应力钢丝只有一层时钢丝的应力松驰系数如下:
R=0.111-3.5(As/Ac)
(AWWA C304式6-30)
多层缠丝钢丝应力松驰系数如下:
内部第一层缠丝:
其他层缠丝:
由于本工程要求fsg=0.7fsu,AWWAc304没有给出当fsg=0.7fsu时钢丝应力松驰系数的算法,根据中国标准GBS0010《混凝土结构设计规范》第6.2.1条规定:
当ocon≤O.7fptk时钢丝应力松驰值:
σL4=0.125(σcoll+fptk-0.5)σcol3(式中口conll口为fsg、fptk即为fsu)
当O.7fptk
σ14=0.2σcon÷fptk-0.575)σCon
当σCOil=0.7fptk时钢丝应力松驰值σ14=2.5%σcon,当口con=0.75fptk寸钢丝应力松驰值σ14=3.5%σcon,由此可见,当fsg=0.7fsu时钢丝应力松驰值应比当fsg=0,75fsu的钢丝应力松驰值小,按fsg=0.7sfs计算更为保守,因此本报告不再寻求fsg=0.7fsu时钢丝应力松驰系数的算法,其差值作为合理安全储备。
3、设计条件选取
以下各参数为设计中易为忽视的部分。
3.1管道内压
现场试验内压为工作压力+O.3MPa;瞬时压力为工作压力的40%;管道上部覆盖土层厚度2、4、6m三种,与不同的工作压力进行组合。
3.2 管基包角
管基中心角选取90°。虽然在施工中采用120°包角施工,但受承包人施工经验、回填材料等多种因素影响。包角部位回填压实质量存在不稳定情况,因此设计中仍然按90°考虑,多出部分作为施工安全储备。
3.3 相对湿度
户外设计相对湿度:本工程各标分别取RH=52%、50%、60%。虽然业主在关于明确PcCP管结构设计问题的意见中明确了PCCP管材结构设计力学参数中的相对湿度按照RH=60%计取,但考虑到各标段环境温度不尽相同,且其对管道的设计影响较小,因此对上述取值是可行的(只要不大于60%,数值越大越偏于保守)。
3.4 土壤特性
土壤特性系数Ku=0.15,为饱和表土的最大值。Ku=0.19,为无粘性颗粒材料的取值,偏于保守,尤其是覆土较深的管道,计算土荷载偏大。根据AWWA M9规定当设计无资料时可以取Ku=0.15。
3.5 沟槽型式
管道埋设全线均采用上埋式。主要是因为大直径PccP管铺设线路一般较长,沿线工程地质情况复杂,沟槽开挖宽度很容易超出沟埋式的要求。采用沟埋式设计虽然可以节省部分造价,但对结果影响不大。采用统一的埋设型式,可以简化设计,也便于施工管理。
4、设计原则
本工程二标、三标结构设计采用美国混凝土压力管协会AWWA C304标准配套程序UDP设计软件,该软件系统默认钢丝直径及抗拉强度均为英制规格且无公制选项,预应力钢丝张拉控制应力固定为钢丝抗拉强度的75%,而招标文件明确为70%,因此承包商采用如下等效预压应力的方法进行换算:
按此换算方法,多数情况下是可行的,但是,AWWA C304共有14种荷载组合、14种不同的控制条件,当按uDPR件计算时出现如设计控制条件为AWWA C304第7.4.1条规定的“在荷载内压组合FWl,FWlr2及FT2情况下,预应力钢丝内最大拉应力不得高于总缠丝应力fsl”及AWWA C304第7.5.I条规定的“当管子承受荷载与内压组合FWT3及FWT4时,预应力钢丝最大拉应力不应超过其屈服强度fsy”时,该转换方法就不合适,当管子结构设计出现以上控制条件时,以上换算方法偏于保守。
5、结 语
结合本院工程设计经验和本工程的实际情况,为确保PCCP管芯混凝土质量,设计时尽量选用低标号混凝土,同时考虑生产进度和简化生产管理,尽量减少混凝土标号种类。
尽量减少管芯壁厚种类,便于生产控制和大规模生产,以提高生产效率。
管道缠丝尽量选用单层缠丝,以加快制管进度,确保本项目工期。
管道结构设计范文第2篇
(1)能源站的主要热力设备是内燃机、溴化锂余热机、直燃机。通过散热设备完成冷却系统的循环。散热设备需要布置于室外，而室外地坪主要用于绿化，因此散热设备只能放置于相邻的楼宇C、D座屋面。C、D座高约50米，冷却水管从地下负三层侧墙穿出，通过C、D座竖井直通屋面小间，管路出小间后分配到各个散热设备。管道竖井为框架结构，管道支撑点通过H型钢梁简支在竖井框架梁上，竖井总高约65m，管道支撑点分别设在0、5、9.2、13.2、17.2、21.2、25.2、29.2、33.2、37.2、41.2、45.2m等地方，单根钢梁最大总荷载为36t。通过计算H型钢梁的强度和稳定，截面定为HM550X300。(2)冷却水管出了屋面小间，通过屋面管架输送到各个散热设备。管架之间的距离是由管道的最小支撑点距离所决定的。管架选用门型支架，管道支撑点直接设在支架梁上。门架两柱基础相连做成一个整体性、刚度较好的整体条形基础，在柱顶用通长钢梁连接，加强了管架上部结构的整体刚度。型钢选用轧制H型钢，因为轧制H型钢质量向翼缘分布，在同等用钢量的情况下，比工字钢具有更大的抗弯模量。(3)管架宜采用1-2层的低层支架，主要原因为：①散热设备回水靠重力自流，管路标高直接决定散热设备的基础设计高度，过高的管架会造成散热设备的基础加高，不仅增加基础土建工程量，且加大了屋面荷载，势必造成结构设计的浪费。②相同数量、相同管径的管路，低层管架相对高层管架，受风荷载与地震荷载的影响小，按2层布置管架，与按5层布置管架传到屋面板最大荷载对比如表1所示。
2屋面设备基础
屋面散热设备及管道总荷载达到约650t，屋面梁采用井字梁结构，梁间距3m，屋面板厚为200mm。考虑冷塔等散热设备属于带转动振动设备，为提高楼顶住户的舒适度，设计时增加了散热设备基础的刚度和配重，采用条形基础，若设备设计安装标高大于条基高度，采用钢筋混凝土短柱支撑设备地脚。
3结语
从本工程建设实践总结出来的认识和经验有以下几点。（1）由于热机系统设计往往稍晚于结构设计，结构工程师大都按常规经验值进行荷载预留，因此屋面设备、管道及烟道竖井荷载提资应在相应的建筑物结构设计前提出，避免出现结构局部大荷载超标。（2）屋面散热设备条基可以优化条基高度，以减轻屋面荷载，条基布置形式应采用单向布置，不让基础形成封闭的凹槽，防止屋面积水。（3）屋面管架可以采用全钢结构形式，降低屋面荷载。（4）屋面散热设备的废水应采用屋面管道有组织排水，而不是利用屋面自身的散水方式排水。
管道结构设计范文第3篇
关键词：污水管道；结构设计
一、引言
随着经济的快速发展，我国的城市化步伐不断加快，市政污水管网工程迅猛发展。近年来，城镇环境整治力度加大，污水处理厂如雨后春笋般涌现，污水管网工程随之增多。在老城区，进行雨污分流改造时，地下管网极其复杂，距离地面构筑物很近；污水管网路线长，高低曲折，地形、地质情况复杂多变，因此，要做到方案合理，经济高效，设计人员应具有丰富的经验。
二、基础资料收集
一般来说，管网工程设计开始前应该要有电子版地形图，需要管线位置的地质勘探报告。过河管道时要有河道断面测量图，过道路时要有其他地下管线图等资料。市政污水管道工程一般覆盖面较大，设计人员应该亲临现场踏勘，了解管道铺设总体情况。例如管道过河流，公路，铁路等复杂障碍物设计还需通过专门部门的评审。
三、污水管道结构特性
污水管道的结构设计应包括管体、管座及连接构造，对埋地管道，尚应包括管周各部位回填土的密实度设计要求。对管道结构内力分析，均应按弹性体系计算，不考虑由非弹性变形所引起的塑性内力重分布。
一般来说，工艺上污水管道分为压力管和重力管。污水管通常埋地较深，多半采用重力管，导虹管或者通过泵房提升的污水管是有压管，但是压力较小，管材还是受外压为主。按照管道的受力和变形特点将管道分为刚性管与柔性管。根据公式αs=EpEd（tro）3[1]（各参数详见规范），αS≥1是刚性管，
刚性管材有钢筋混凝土管（RCP）、预应力钢筋混凝土管（PCP）、预应力钢筒混凝土管（PCCP）、灰口铸铁管等。常用柔性管材有塑料类管材、钢管和球墨铸铁管。
管道的接口从性能上分为柔性接口和刚性接口。刚性接口属于固接连接，其接头部位的相邻管端不能产生转角和伸缩。柔性接口属于可动连接，其接头部位的相邻管端与管轴线可有小量的转角和伸缩。刚性接口有钢筋混凝土套环、焊接、法兰连接、套筒连接等。柔性接口有承插式、企口式、卡箍连接等。柔性接口一般内置橡胶圈止水，防渗漏效果好，但是成本高，刚性接口价格低，管道接口容易开裂渗漏，而且施工工期长。
污水管（重力管）采用较多的是钢筋混凝土管、塑料管和玻璃钢管。普通钢筋混凝土管价格便宜，受力性能好，耐腐蚀性能一般，但是接口容易渗漏。塑料管主要有HDPE管、PE管UPVC管等。塑料管自重轻、运输安装方便，接口少，安装效率高，但是属于脆性材料，耐腐蚀较差，由于污水管设计对环境要求很高，一旦渗漏，很难处理，所以不推荐使用。球墨铸铁管强度高，内外涂抹防腐材料，性能好，近年来被广泛采用。
埋地钢筋混凝土管遇到软土地基时，地基变形会导致接口开裂渗漏，应配设置钢筋混凝土基础，减小管道变形。
实际工程中，当污水管道遇到河流、铁路、桥梁等障碍物时，设计人员还应留出预埋管道与已有构筑物的安全距离，避让已有构筑物基础，选择合理的施工方法。重要河流应不影响航道通航要求，穿越铁路时应经过地铁主管部门组织的审查。
四、污水管道施工方法
污水管的施工方法一般根据管道埋深、土层情况、现状地形等条件来确定。污水管道施工方法有开挖施工，顶管，牵引管，小管径顶管。
（一）开挖施工
当施工场地以无障碍物，沟槽深度在一般在4米以内，可选用开挖施工。开挖施工一般成本较低，施工工期较短。基坑开挖还应注意以下几点：开挖沟槽时需采取切实可行的基坑支护措施确保边坡稳定，通常采用钢板桩支护。沟槽开挖应确保沟底土层不受扰动，且不得超挖，人工清底。沟槽开挖完毕后必须经有关人员验槽后方可继续施工。施工中遇管道交叉时需采取有效保护措施确保交叉管安全。
开挖后对管道周边的回填设计至关重要。钢筋混凝土管回填采用粘土、粉质粘土，土中不得含有机物。钢筋混凝土管管道沟槽回填的压实作业应符合下列要求[2]：回填压实应逐层进行，且不得损伤管道；管道两侧和管顶以上500mm范围内胸腔夯实，应采用轻型压实机具，管道两侧压实面的高差不应超过300mm。压实时，管道两侧应对称进行，且不得使管道位移或损伤。分段回填压实时，相邻段的接茬应呈台阶形，且不得漏夯。采用压路机时，碾压的重叠宽度不得小于200mm。塑料管管顶以下及管顶以上500范围内回填中粗砂，管顶500以上非道路下回填粘性土，道路下同道路材料要求。塑料管回填作业应符合下列规定：回填前，检查管道有无损伤或变形，有损伤的管道应修复或更换。管道半径以下回填时应采取防止管道上浮、位移的措施。沟槽回填从管底基础部位开始到管顶以上500mm范围内，必须采用人工回填，管顶500mm以上部位，可用机械从管道轴线两侧同时夯实，每层回填高度应不大于200mm。
（二）顶管法
顶管法施工就是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走。一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进。顶在长距离顶进过程中，当顶进阻力超过容许总顶力时，无法一次达到顶进距离时，须设置中继间分段接力顶进。顶管施工属于非开挖施工，对环境和交通影响减小，适用于管道埋深较大的情况。顶管施工对土层要求不高，一般情况均可适用。顶管管道材料主要有钢筋混凝土管、钢管、玻璃钢管等，管径一般要求不小于800mm。
顶管穿越铁路、公路、河道等管道施工障碍时，可以采用混凝土管套塑料管双管顶进方法。两种管道之间在施工以后压注水泥砂浆填充。
（三）牵引管法
牵引管施工，先采用钻孔机钻导向孔，洞通后再装上扩孔机具进行扩孔，反复扩孔后达到孔径要求，扩孔不大于1.5倍管径，再将管道与钻杆连接，回拖管道到预定位置。管道就位后采用水泥砂浆进行压力灌浆处理， 牵引法施工拖管完成后，两端废弃的引导孔道应压注水泥砂浆填实。牵引管施工对地表干扰小，因此具有较高的社会经济效应。牵引管管材主要采用实壁PE管、钢管，管径一般不大于600mm，对土质要求稍高，碎石土中不宜采用。
（四）小型顶管法
小型顶管法与牵引管施工类似，在管道两端开挖一个工作坑和一个接收坑，在工作坑里面采用螺旋杆钻孔，然后扩孔，孔洞形成后采用顶管将管道顶进洞内，管道施工后要求对管外空隙采用水泥砂浆进行压力灌浆处理。
五、建议
近年来，污水管道结构设计往往不被重视，管道随意铺设，回填不合格，野蛮施工等，造成了路面塌陷，附近构筑物开裂等严重问题。管道工程看似简单，但是作为结构设计人员，应该具有严肃认真的态度和丰富的设计经验。（作者单位：南京市市政设计研究院有限责任公司）
参考文献：
[1]GB 50332-2002给水排水工程管道结构设计规范 [S]
管道结构设计范文第4篇
【关键字】自来水管道设备防冻裂结构设计
中图分类号： TU81 文献标识码： A 文章编号：
一、水龙头防冻裂结构的防冻裂原理分析
因外接结构与水龙头的防冻裂结构和原理相同 下面仅以水龙头的防冻裂结构为例来阐述它们的防冻裂原理
1、常温下防冻裂结构的密封与调节
如图1 所示 常温下 亦指气温处于水的冰点以上温度 管道内的水处于液体状态 我们此时可根据管道内的水压来调节弹力调节压块12 的松紧 当拧紧弹力调节压块12 时 弹力调节压块12 将压缩弹簧10 通过弹簧10 的弹力作用实现作用力向顶针11 的传递 当弹簧10对顶针11 和橡皮密封垫9 的作用力大于或远远大于水龙头体内的水对顶针11 和橡皮密封垫9 的作用力的时候 橡皮密封垫9 便会被压紧在防冻裂结构的出水口平台上 从而实现水龙头防冻裂结构的常温常闭密封状态需要注意的是 当在拧紧弹力调节压块12 的时候要注意弹簧的弹力大小要适度O 在刚好密封的前提下,可根据弹簧的刚度大小适当再拧紧一点就可以了, 不宜太紧,否则,时间一长,弹簧容易因疲劳而失去弹力作用,从而直接影响防冻裂结构的密封效果。
2、低温下防冻裂结构的防冻裂原理
当气温骤降至零度以下甚至更低,此时的水龙头体内的水就会结冰,水一旦结冰后即会引起水龙头体内水的体积膨胀,当膨胀后的冰水对图1 所示的橡皮密封垫9和顶针11 的推力大于弹簧10 对顶针11 和橡皮密封垫9的压力的时候,顶针11 和橡皮密封垫9 即被推开O 这样,水龙头体内因体积膨胀而产生多余的冰水即会由防冻裂结构的出水口流到其下方的储备空间, 若溢出的水量较大,水还可以通过弹力调节压块12 和封盖13 的小孔溢出水龙头体外,从而确保水龙头及防冻裂结构不会被冻裂。如果考虑到溢出的水不影响水龙头的体外环境,或者当冰解冻时不会造成水资源的浪费, 我们可以在产品的结构设计时采用下列方法来解决: ( 1) 将封盖13 的小孔改为盲孔,同时增大防冻裂结构的储备空间;( 2)若管道较粗,考虑速冻时可能有更多的水溢出,我们可以在外接的圆周方向增设更多的防冻裂结构。
3、温升解冻后防冻裂结构的自动复位
当气温回升冰体解冻时,顶针11 和橡皮密封垫9 便会在弹簧的弹力作用下自动复位, 从而恢复防冻裂结构初始时的常温常闭密封状态。
二、管道防冻裂阀门
1、防冻裂阀门的结构
这种阀门是在阀体内的两端分别设计一个胎腔，在每个胎腔内分别装一个橡皮制成的气胎，气胎类似自行车内胎，胎体具有较强的伸缩能力，胎内充满气体。
下面结合图1～5对该种阀门进一步说明(仅以闸阀阀体一例说明，其它阀门与此相同)。图1是阀体的结构示意图；图2是阀体的正剖视图；图3是图2的A—A剖视图；图4是气胎结构图；图5是图4的B．B剖视图。图中：①阀体、②胎腔、③铜环、④气胎。在图2中胎腔②与阀体①为一整体。图中，r2为胎腔腔体小半径，r4为气胎圆环小半径，r2=r4，R1
为阀门进口半径，R2为胎腔大圆半径，Ii4为气胎小圆中心线的半径。使用时气胎④装入胎腔②。
2、防冻裂阀门的工作原理
防冻裂阀门巧妙地利用水和气体的体积随温度变化的物理特性设计而成，水随着温度的降低、结冰，它的体积会逐渐膨胀，因而对密闭的阀门产生很大的压力，而气体却恰恰相反，随着温度的降低和压力的增大，它的体积会急剧缩小，而且气体相对水非常活泼，它的收缩程度远远大于水的膨胀程度，所以安装在阀体内的气胎随着阀体内水的结冰膨胀，会迅速收缩，让出空间，完全容纳了冰的膨胀部分，彻底消除了冰的膨胀部分对阀体的压力，从容地保护了阀体。而阀体内不设置气胎的一般普通阀门，由于其阀体内没有调节空间，当水随温度的降低、结冰，体积膨胀时，膨胀所产生的压力将全部作用于力，以至阀体不能承受而被胀破，造成阀门报废和管道泄漏事故。
3、防冻裂阀门的工作过程
阀门装于管道上正常使用时，气胎保持鼓起状态，当管道内的液体(水)随温度的降低、凝固、膨胀时，气胎内的气体的体积则因温度的降低和压力的增大而大幅缩小，加之胎体有较好的伸缩性，使水结冰后的膨胀部分进入胎腔，从而抵消了由于冰的膨胀对阀体的巨大压力，使阀体得到保护而不被胀破。随着温度的回复，冰体溶化，水的体积减小，胎内气体的体积随之增大，直到恢复原状。
三、电热防冻解冻阀的防冻解冻设计原理
1、常温状态下电热防冻解冻阀的压力调节
如图2，当水温处于冰点以上温度时，此时可根据管道内的水压大小调节弹力调节压块20的松紧，活塞3则在弹簧7的弹力作用下克服水压对它的作用力后顶靠在塑料内衬21的凸台上。此时两触点断开，电路不导通，电热器24不工作。要特别注意的是：弹力调节压块20的松紧度调节要适中。在刚好将活塞3顶靠在塑料内衬4的凸台上的前提下，可根据弹簧7的刚度大小适当再拧紧一点就可以了。活塞不宜调得太紧，否则弹簧会被过度压缩，时间一长，弹簧容易因疲劳而失去弹力作用。弹力作用一旦减弱，水压就会推动活塞3和塑料滑杆21下移。下移量过大，塑料滑杆21会造成行程开关的非正常接合，使得电路导通，电热器24就会在常温状态下不停加热。调得太松，弹簧7的弹力不够，活塞3则不能克服水压作用顶靠在塑料内衬4的凸台上。如果活塞离凸台的距离超过静触头可调支架10允许的极限数值时，即使我们将静触头可调支架10调节到长条孔右侧的极限位置，也不能将使行程开关的两触点断开，此时拆卸阀门重新调节弹力调节压块20则在所难免。
2、低温时电热防冻解冻阀的防冻解冻原理
当管道内的水处于冰点以下温度时，水一旦结冰即会引起管道内水的体积膨胀，当膨胀后的冰水对活塞3的作用力大于弹簧7对活塞3的作用力，活塞3即会下移(因为⋯0’型密封圈的密封作用，冰水不会渗透到活塞下方，从而保证了控制线路安全和电热防冻解冻阀的体外环境)。随着冰水体积的不断膨胀，活塞3连同塑料滑杆21亦不断下移。当行程达到静触头可调支架l 0设定的数值时，动触头簧片9便在塑料滑杆21的锥形部位推移下实现动、静两触头的接合。此时电路导通，氖管启辉，电热器24开始加热。随着加热后水温的不断升高，水中的冰即被溶化。在此过程中，管道内的冰水体积不断缩小，活塞3和塑料滑杆21便在弹簧7的弹力作用下不断上移，直至两触点脱开，电热器24才会停止加热，从而实现低温时电热防冻解冻阀对自来水管道设备的防冻和解冻功能。
3、电热防冻解冻阀设计的有益效果
(1)电热防冻解冻阀的设计成功，不仅解决了自来水管道设备的防冻裂问题，而且还具有自动解冻功能，能有效防止自来水管道设备在低温时的水结冰现象，从而保证了管道设备在低温时的水流畅通，实现用户的即时使用。
(2)图2所示电热防冻解冻水龙头仅是电热防冻解冻阀作为其他管道设备附属结构的实施例之一。电热防冻解冻阀在实现与水表、闸阀和水龙头等管道设备的一体化设计之后，对简化管道设备安装、缩小电热防冻解冻阀在管道中的空间占用，及其对主体结构的直接防冻和解冻起着十分重要的作用。
(3)本结构设计即便是在断电的情况下，仍能实现管道设备的防冻裂要求。
(4)本结构设计也可以通过去除电热器及其他电路控制部元件将其简化为一般的防冻裂结构。
(5)本文设计的电热防冻解冻阀不但适合在自来水管道中使用，还可以在小型密封水箱、间断性使用的机械或实验设备的水冷却管道中推广使用。
(6)本结构设计与现有的自来水管道设备的防冻(裂)装置相比，具有结构简单、投资少、安装使用方便及性能可靠等优点。
【参考文献】
[1]任继德.刘少辉寒区低压塑料管道在浅埋输水灌溉工程中的应用[期刊论文]-黑龙江水专学报2003,30(3)
[2] 单军.王志丹北京市村镇供水设施冻害防治措施[期刊论文]-北京水务2011(6)
[3] 陈来青.王成庆高寒地区人畜饮水工程供水点结构新探[期刊论文]-中国农村水利水电2000(11)
管道结构设计范文第5篇
关键词：支墩 土压力 地下水
中图分类号： S611 文献标识码： A
受场地条件、工艺要求等因素限制，核电站室外场地管线布置错综复杂，同时支墩会受到场地条件限制，在设计时应具体问题具体分析。水平弯头、堵头以及水平三通对支墩产生水平方向的力；在改变管道标高的上弯或下弯管处，支墩除水平分力外，还有垂直向分力；当有支墩高度范围内有地下水的影响时，还应该考虑地下水的影响。
1、支墩水平受力状态
支墩的水平抗推力，主要由土压力，支墩和地面摩擦力FF组成。
支墩可以近似的看成挡土墙。根据现有的土力学理论，土压力根据挡土墙位移方向和墙后土体的受力状态，分为三种不同的土压力，即静止土压力P0、主动土压力Fa和被动土压力Fp。当挡土墙静止不动，土体处于弹性平衡状态时，土对墙的压力为静止土压力；当挡土墙向离开土体方向偏移至达到极限平衡状态时，土对墙的压力为主动土压力；当挡土墙向土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，土对墙的压力为为被动土压力。土压力和墙身位移的位移关系如图1所示。相同土体的情况下，被动土压力Fp大于主动土压力Fa，而被动土压力所需的位移δp大大超过了δa。
当管道对位移有严格要求时，支墩不允许产生位移，此时位移δ=0，支墩两侧均受到静止土压力P0，大小相等，方向相反。此时，水平抗推力为支墩和地面摩擦力FF。FF与支墩自重以及上部覆盖土的重力G以及支墩和地面的摩擦系数f有关。
当管道的水平力大于摩擦力FF时，支墩将向抗推力侧产生位移δ。在当位移δ为δa时，支墩迎推力侧的土体达到极限平衡状态，产生主动土压力Fa，而支墩抗推力侧位移尚未达到δp；当位移δ为δp时，支墩迎管道侧土体已经被破坏产生滑动面，抗推力侧土体达到极限平衡状态，产生被动土压力Fp。此时水平抗推力最大。
经相关研究，被动土压力的位移δp往往要达到2%~10%H（H为支墩高度）是才能产生被动土压力。当土体达到被动土压力时，位移δ可能已经远远大于管道接头设计允许值，故设计时应对被动土压力Fp乘以一个折减系数来进行折减，折减系数可根据具体情况区取0.4~07。
土压力的计算理论常用的有朗肯土压力理论和库仑土压力理论。朗肯土压力理论是根据半空间的应力状态和土单元体的极限平衡条件而得出，假设墙背光滑、直立、填土面水平；库仑土压力理论是以整个滑动体上的力系平衡条件来求解土压力的理论。由于每种理论都有各自的试用条件和局限性，也就没有一种统一且普遍适用的压力计算方法。由于朗肯土压力理论是建立在半无限土体假定的基础上，在有边界条件时不符合这一假定；库仑土压力理论在计算主动土压力时比较接近，对于被动土压力偏差较大，不应用于被动土压力的计算。对于支墩水平力的计算，迎推力面土对支墩产生被动土压力，该侧土体往往设计成竖直面，以保证产生相对最大的被动土压力，符合朗肯土压力假设条件，可以用朗肯土压力理论计算；而管道方向产生主动土压力，此方向截面可以设计成斜面，以节省材料，可采用库仑土压力理论计算。《给排水水工工程管道结构设计规范》给出了主动土压力和被动土压力的简化计算公式，可以在简化计算时采用。
2、支墩垂直方向受力状态
在管线布置过程中，往往需要用上下弯头对管道的标高进行调整。在弯头处，除了产生水平向分力以外，还产生垂直分力N（在本文中N不表示方向）。向上弯弯头产生垂直向下的分力N，N同支墩自重以及上部覆盖土的重力G方向相同；向下弯弯头将产生垂直向上的分力N，N与G方向相反，应该保证G大于N才能保证支墩稳定。
垂直分力向下的上弯弯头的支墩，可以通过扩大基础面积，提高基础承载力等方法解决。垂直分力向上的下弯弯头，当管道直径和压力、弯头角度都比较大时，向上分力N很大，需通过加大支墩本身自重和上部覆土重的方式来满足稳定验算。在实际工程中，下弯弯头一般埋深比较浅，如果按照常规做法，采用矩形实心混凝土支墩的体积较大，浪费材料。可以采用倒梯形或者井形支墩设计，可以充分利用回填土自重，减少混凝土用量。
3、地下水的影响
当有支墩高度范围内有地下水的影响时，还应该考虑地下水的影响。计算垂直向稳定性时，因水的浮力作用，土和支墩有效重度G减小，对结构产生不利影响；计算水平抗力时，地下水面以下的土重度要按照有效重度来计算，主动土压力和被动土压力都将减小，其中被动土压力相对减小更多，摩擦力FF也因重力G减小而减小。因此，当支墩高度范围内有地下水时，应充分考虑地下水的不利影响。
结语
由于管线布置错综复杂，各种管线交错布置，支墩受力状态复杂；同时受到场地条件限制，具体设计时不能不考虑周边管线、构建筑物的影响，增加了设计难度。因此设计时应具体问题具体分析，分析清支墩的受力状态，充分利用现有条件，采用安全合理的安全系数，才能保证支墩的安全性和经济性。
参考文献:
1 陈希哲,叶菁.土力学地基基础 清华大学出版社
2 GB 50332-2002,给水排水工程管道结构设计规范
3 GB 50007-2007,建筑地基基础设计规范
管道结构设计范文第6篇
关键词 管道泵；完全胀型；冲压焊接；水力性能
中图分类号TG453 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）69-0121-02
1 完全胀型成型蜗壳模具的设计
蜗壳模具是生产蜗壳的重要设备之一。不锈钢冲压焊接管道泵及单级离心泵的工艺制造难度很大，至今只有日本EBARA公司、美国ITT公司能够生产。由于水力设计和工艺设计不尽完善，产品涡室的胀型不到位，泵的性能并不好。水力性能上，主要表现为偏工况运行，俗称“大马拉小车”或高比转速低用，电机配置功率大，泵的运行效率低，时有电机超载损坏的情况发生。
图1是日本EBARA公司的3M40-160/4.0不锈钢冲压焊接单级离心泵的性能曲线。设计流量为25m3/h，但最高效率点的流量在40m3/h以上。图2是前期仿制产品CYB65-50-160型不锈钢冲压焊接单级离心泵的性能曲线，流量加大到50m3/h时效率仍不下降，偏工况现象均十分严重。成型工艺上为保证水力性能，要求蜗壳必须360°全断面完全胀型，并且蜗壳出口弯颈要求扩散回收动能。日本产品的蜗壳采用的是半螺旋式的部分断面不完全胀型，弯颈用圆管断面进行过渡。而美国ITT公司3500型不锈钢冲压焊接单级离心泵蜗壳根本不胀型，为一圆筒，出口管为一段直管，所以EBARA和ITT的冲压焊接泵的水力性能均不理想。主要原因是蜗壳的成型工艺十分困难，一种蜗壳需要48套模具，工装夹具费100多万元。最后不得不用较为容易制造、成本也较低的不完全胀型或不胀型替代，但影响了水泵的效率和汽蚀性能。
不均匀、不对称、360°全断面完全胀型是粘性设计的技术特征，但这种技术特征冲压成型非常困难，日本专利是部分断面的不完全胀型。
图3是日本专利产品的成型原理，利用这种对半式、部分断面不完全胀型不仅生产效率低，而且也不能满足粘性流技术特征要求的全断面完全胀型。
图4所示为荷花瓣式的自动分合的组合模具，从上部加力，利用侧向力使模具收拢，由于分成4瓣~8瓣，蜗壳涡线为全断面渐开线凹模，能够准确加工。底部有导杆及底板模，向下继续加力时，导杆下移，上盖板下压，聚氨酯橡胶在上下盖板挤压下侧向变形，使不锈钢钢板紧贴凹模成型，泄压时模瓣中弹簧使模瓣自动分开，胀型的壳体自动弹出，生产效率很高，质量达到要求。
2 管道泵的结构设计
现一般的管道泵普遍存在流部件结构复杂，产品笨重，材料消耗大；泵的水力性能也不够理想，偏工况运行，效率低等问题。经分析认为：低比转速离心泵，流道窄长，粘性产生的水力损失大，效率低。而粘性增大必将引起进、出口流道堵塞，从而偏离设计工况。
图5 泵结构示意图
针对上述问题，本文在传统的管道泵的结构基础上，设计一种蜗壳完全胀型的，能有效提高泵水力性能的高效泵结构，如图5所示。
其特征在于：泵体由呈桶状结构的内、外缸构成，内缸连通进水管，外缸连通出水管，内缸同轴设于外缸内通过在内、外缸底部互相固定连接，内缸开口端低于外缸开口端，内缸开口端向上依次同轴设有导流部件、叶轮、排气部件及安装在外缸开口端的泵后盖。
所述的叶轮为轴向吸入、径向排出的离心叶轮，导流部件为一整体冲压成型的盘状结构，盘底与内缸开口端密封，盘底中心设有与叶轮前端入口对应密封的进水口，叶轮同轴设于盘状的导流部件内，导流部件周壁设有与叶轮的径向排出口对应的导流叶片。
所述的导流部件周壁均匀冲压为多段，各段周壁为沿圆周同一方向径向向外增大的弧形导流叶片，每两相邻导流叶片之间由径向差形成一沿轴向向下的出水孔，盘状的导流部件开口处向外冲压有盘沿。该弧形导流叶片弧线分布与叶轮转动方向对应，提高出水效率。
所述的外缸内壁对应导流部件盘沿设有凸台，盘沿放置于凸台上以支撑导流部件，该凸台与内缸开口端的轴向距离等于导流部件的轴向深度。
3 产品应用情况
该产品在北京科技发展有限公司水处理回收，环保节能应用等方面，广州雅韶泵业有限公司食品行业水处理方面，张家港市东晨物资有限公司高纯度净水系统方面，杭州德士比泵业有限公司水供应系统的技术应用等方面到得到了很好的应用，直接或间接产生了较好的经济效益。
4 结论
1）由于底座、泵体、导流部件与叶轮等全部过流部件都是通过冲压焊接成型的，因而与铸造泵相比，整体结构轻巧，重量大大减轻，节省材料效果明显；水泵运行的可靠性大大提高。铸造泵相比，整体结构轻巧，重量减轻75%，节省材料效果明显；水泵运行的可靠性大大提高，效率提高3%~8%；
2）采用在叶轮径向出口的导流方式，并对导流部件的进行特殊设计等措施，使得传送的液体流动更通畅，水力性能好，效率高。外缸的周壁上及底部分别设置外缸和内缸的排水孔、密封圈、螺钉，可以把内缸的水完全放空；
3）导流部件为一体冲压结构，与现有的冲压泵相比，保证了导流部件具有足够的强度、刚度和精度，安装方便，提高了产品的可靠性，同时也延长了产品的使用寿命；
4）叶轮入口处采用密封环活动密封结构，不仅密封效果好，提高了泵的水力效率；而且降低了制造、安装难度，提高了生产效率；
5）外缸的周壁上及底部分别设置外缸和内缸的排水孔、密封圈、螺钉，可以把内缸的水完全放空。
参考文献
[1]申延鹏，常金唱.三元流技术在循环水泵节能改造中的应用[J].河南化工，2011(6).
[2]黄永谋.浅谈离心泵的节能应用措施[J].石油和化工节能，2011(3).
管道结构设计范文第7篇
关键词：市政工程；给排水管道；结构设计
中图分类号：TU99文献标识码：A
市政排水管道是城市基础设施非常重要的组成部分。在城市的日常运行和发展建设中有着举足轻重的作用。近些年来，由于降雨造成的突发事件渐渐引起了人们的关注，比如2012年7月的北京暴雨，造成的损失非常严重，引起了全国对排水设施的思考。
1排水体制的选择
排水体制主要有合流制和分流制两种。排水体制的选择，应根据城镇的总体规划，结合当地的地形特点、水文条件、水体状况、气候特征、原有排水设施、污水处理程度和处理后出水利用等综合考虑后确定。同一城镇的不同地区可采用不同的排水体制。除降雨量少的干旱地区外，新建地区的排水系统应采用分流制。现有合流制排水系统，有条件的应按照城镇排水规划的要求，实施雨污分流改造；暂时不具备雨污分流条件的，应采取截流、调蓄和处理相结合的措施。
2现场踏勘
给排水管道距离相对较长，或穿越城镇密集区，或敷设在农田，或跨越山丘和河流，还有可能横跨铁路、公路及桥涵。一项管道工程同时会遇到上述几种或所有的地形和地貌，其复杂的地形和地貌若不现场查看，则很难全面完成设计。结构设计人员应会同给排水、概预算等专业设计人员共同进行现场踏勘和选线，了解管道线路拟通过的沿线地带地形地貌、地质概况，必要时应在施工图阶段对个别疑难地段重新踏勘。
3测量和地勘要求
要准确地反应管道沿线的地形地貌和水文地质情况，必须有测量和勘探部门提供的准确的地形和水文地质资料。
3.1勘探点间距和钻孔深度
勘探点应布置在管道的中线上，并不得偏离中线3m，间距应根据地形复杂程度确定的30～100m，较复杂和地质变化较大的地段应适当加密，深度应达到管道埋设深度以下1m以上，遇河流应钻至河床最大冲刷深度以下2～3m。
3.2提供勘探成果要求
划分沿线地质单元；查明管道埋设深度范围内的地层成因、岩性特征和厚度；调查岩层产状和分化破碎程度及对管道有影响的全部活动断裂带的性质和分布特点；调查沿线滑坡、崩塌、泥石流、冲沟等不良地质现象的范围、性质、发展趋势及其对管道的影响；查明沿线井、泉的分布和水位等影响；查明拟穿、跨河流的岸坡稳定性，河床及两岸的地层岩性和洪水淹没范围。
4结构设计内容
4.1结构形式
管道的结构形式主要由给排水专业确定，结构专业应根据管道的用途(给水还是排水，污水还是雨水)、工作环境(承压还是非承压)、口径、流量、埋置深度、水文地质情况、敷设方式和经济指标等从专业角度提出参考意见。一般情况下，承压管道常采用预应力钢筋混凝土管、钢管、铸铁管、玻璃钢管、UPVC管、PE管、现浇钢筋混凝士箱涵。非承压管常采用混凝土管、钢筋混凝土管、砌体盖板涵、现浇钢筋混凝土箱涵等。当污水管道口径较大时应采用现浇钢筋混凝土箱涵，特殊情况、特殊地段(过河渠、公路、铁路等)、局部地段非承压管也采用钢管等形式。大型给排水管道工程也有采用盾构结构形式的。
4.2结构设计
根据管道规格、埋置深度、地面荷载、地下水位、工作和试验压力对管道的刚度和强度进行计算及复核，提供管道壁厚、管道等级、或结构配筋图。对于一些必须采取加固方法才能满足刚度和强度要求的管道，应根据计算采用具体的加强加固措施。通常采用的加固措施有管廊、混凝土或钢筋混凝土包管等，当钢管计算出的壁厚不经济时，应采用加肋的方法处理。加固的具体方式和方法应根据实际情况和经济指标来确定。
4.3敷设方式
敷设方式的选择应根据埋置深度、地面地下障碍物等因素确定，一般有沟埋式、上埋式、顶管及架空，较为常用敷设方式采用沟埋式，当沟埋式有一定的难度时，可选择顶管和架空等敷设方式。不同的敷设方式，其结构设计亦不同。
4.4抗浮稳定
有些管道敷设的地段地下水位较高或者施工期间多雨，因而管道的抗浮稳定应引起结构设计人员的重视。设计时应根据计算采取相应的抗浮措施，避免浮管现象的出现。
4.5抗震设计
4.5.1场地和管材的选择
确定管线走向时应尽量避开对抗震不利的场地、地基，如不可避免而必须通过地震断裂带或可液化土地基时，应根据工程的重要性、使用条件综合考虑。给水管道应选择抗拉、抗折强度高且具有较好延性的钢管，并要求做好防腐措施。有抗震要求的排水管道应采用钢筋混凝土结构，并有相应的构造措施，尽量避免严重破坏。
4.5.2构造措施
承插管设置柔性连接；砖石砌体的矩形、拱形无压管道，除砌体材料应满足砖石结构抗震要求外，一般可加强整体刚度(顶底板采用整体式)、减少在地震影响下产生的变形，提高管道的抗震性能；圆形排水管应设置不小于l20度的混凝土管基，管道接口采用钢丝网水泥带，液化地段采用柔性接口的钢筋混凝土管；管道穿越构筑物时应在管道与套管的缝隙内填充柔性填料，若管道必须与墙体嵌固时，应在墙外就近设置柔性连接；管道附属构筑物应采用符合抗震要求的材料和整体刚度好的结构型式。
(1)地基处理。出图时应包含地基处理的平、纵断面图。扫描矢量化需要处理的地段的地勘资料纵断面，选择参考点并根据给排水专业的平、纵断面将管道基底轮廓线放在地质纵断面上，划分地质单元并注明桩号和基底高程，标明沟槽范围内和基底以下土层构造以及地下水位。根据纵断面地质单元的划分(桩号划分)，确定需处理的范围，针对不同的地质情况和厚度分别采取相应的处理方法。具体的处理方法有：换填、抛石挤淤、砂石挤密、水泥搅拌桩、灰砂桩、木麻黄桩等方法。具体设计按地基处理规范规程执行。
(2)管道支墩及镇墩。对承插接口的压力管道，应设置水平和垂直支墩。设计时应根据管道转角、土的参数、工作压力和试验压力计算所需支墩的大小。埋地钢管可不设管道支墩。
5给排水管道设计中的其他问题
5.1在用户管线出口建立格栅中纤维、塑料等沉积物、悬浮物和漂浮物的大量存在，给管道的清掏和疏通维护作业带来了很大困难。特别是抽升泵站的格栅间，每天都会拦截到大量的漂浮物。有的漂浮物通过格栅进入泵房后，常导致水泵叶轮堵塞、磨损损坏现象的发生。尽管格栅栅条的间距一再减小，但仍有大量的漂浮物进入泵站造成堵塞。为了解决上述问题，建议在庭院或住宅小区的管道出口处设置简易人工拦污格栅，定期进行清理、清掏，从源头上控制漂浮物进入市政管网，以减轻市政管网维护管理的工作量。
5.2在检查井井底设置沉淀池中的沉积物在管道内水流量小、流速慢时会发生沉淀，造成管道淤积堵塞、通水不畅，而管道的疏通工作又费时费力。因此，针对传统的检查井做法，建议将其井底改为沉淀式的，井底下沉3O～50cm。这样中的沉积物多数会沉积在检查井中，不至于流人下游管段，只要定期清掏检查井内的沉积物即可，减少了管道维护作业的工作量。这种做法也可用于雨水检查井。
5.3在检查井内设置闸槽干管中的流量和流速均较大，有的检查井内的水位较高，管道维护作业或户线管接头时，需将管道内的水位降低或断流。为了方便维护作业，建议在干管的管道交汇处检查井、转弯处检查井或直线段的每隔一定距离的检查井内根据需要设置闸槽，通过闸槽的开闭控制水流，便于维护作业。同时为方便户线支管接头时的施工，建议能研制一种较轻便、实用的管道阻水设备。
6结束语
总之，市政排水管道工程结构设计应严格按照现行相关规范、标准、规定进行。设计人员应当掌握专业技能，了解行业动向，研究存在的问题，积极创新，尽可能地把设计做到经济、合理、适用、安全。
参考文献：
[1]陈方杰．浅谈建筑工程给排水管道的施工技术．四川建材，2009(1)．
管道结构设计范文第8篇
关键词: 建筑给排水；管道；结构设计
Abstract: With the development of city development, the pace of infrastructure construction is accelerating, building water supply and drainage engineering in the municipal construction project in the proportion is increasing. In order to improve the water supply and drainage pipeline engineering quality of buildings, according to the first city road condition to ensure the scientific design, according to the actual situation, suit one's measures to local conditions, namely, through the comparison of market survey and economic technology fully, do not only good quality, reasonable and the economy, convenient construction.
Key words: building water supply and drainage; pipeline; structure design
中图分类号：TU99
引言:建筑给排水设施, 是保证城市地面水及时排除, 防治城市水污染, 并使城市水资源保护得以良性循环的必不可少的基础设施, 我国排水工程建设初创于50年代, 到80年代以后, 随着城市化进程的加快和城市水污染日益得到重视,建筑给排水设施建设得到较快发展, 但建筑给排水设施普遍存在各种问题, 如防洪排水能力不足; 平坦地区的排水管渠的坡度偏小, 易淤积; 部分地区的排水设施不成系统, 易形成内涝等。造成这些问题的原因, 有设计不合理, 日常管理不到位, 自然条件变化等。通过对许多工程设计的总结, 我们认为, 建筑给排水工程设计能否更好地避免这些问题的发生, 做到经济合理, 运行安全,受市政给排水工程规划的影响较大。
一、现场踏勘
给排水管道距离相对较长,或穿越城镇密集区,或敷设在农田,或跨越山丘和河流,还有可能横跨铁路、公路及桥涵。一项管道工程同时会遇到上述几种或所有的地形和地貌,其复杂的地形和地貌若不现场查看,则很难全面完成设计。结构设计人员应会同给排水、概预算等专业设计人员共同进行现场踏勘和选线,了解管道线路拟通过的沿线地带地形地貌、地质概况,必要时应在施工图阶段对个别疑难地段重新踏勘。
二、测量和地勘要求
要准确地反应管道沿线的地形地貌和水文地质情况,必须有测量和勘探部门提供的准确的地形和水文地质资料。
1.勘探点间距和钻孔深度
勘探点应布置在管道的中线上,并不得偏离中线3m,间距应根据地形复杂程度确定的30～100m,较复杂和地质变化较大的地段应适当加密,深度应达到管道埋设深度以下1m以上,遇河流应钻至河床最大冲刷深度以下2～3m。
2.提供勘探成果要求
划分沿线地质单元;查明管道埋设深度范围内的地层成因、岩性特征和厚度;调查岩层产状和分化破碎程度及对管道有影响的全部活动断裂带的性质和分布特点;调查沿线滑坡、崩塌、泥石流、冲沟等不良地质现象的范围、性质、发展趋势及其对管道的影响;查明沿线井、泉的分布和水位等影响;查明拟穿、跨河流的岸坡稳定性,河床及两岸的地层岩性和洪水淹没范围。
三、结构设计内容
1．结构形式
管道的结构形式主要由给排水专业确定,结构专业应根据管道的用途(给水还是排水,污水还是雨水)、工作环境(承压还是非承压)、口径、流量、埋置深度、水文地质情况、敷设方式和经济指标等从专业角度提出参考意见。
一般情况下,承压管道常采用预应力钢筋混凝土管、钢管、铸铁管、玻璃钢管、UPVC管、PE管、现浇钢筋混凝土箱涵。非承压管常采用混凝土管、钢筋混凝土管、砌体盖板涵、现浇钢筋混凝土箱涵等。当污水管道口径较大时应采用现浇钢筋混凝土箱涵,特殊情况、特殊地段(过河渠、公路、铁路等)、局部地段非承压管也采用钢管等形式。大型给排水管道工程也有采用盾构结构形式的。
2.结构设计
根据管道规格、埋置深度、地面荷载、地下水位、工作和试验压力对管道的刚度和强度进行计算及复核,提供管道壁厚、管道等级、或结构配筋图。
对于一些必须采取加固方法才能满足刚度和强度要求的管道,应根据计算采用具体的加强加固措施。通常采用的加固措施有管廊、混凝土或钢筋混凝土包管等,当钢管计算出的壁厚不经济时,应采用加肋的方法处理。加固的具体方式和方法应根据实际情况和经济指标来确定。
3.敷设方式
敷设方式的选择应根据埋置深度、地面地下障碍物等因素确定,一般有沟埋式、上埋式、顶管及架空,较为常用敷设方式采用沟埋式,当沟埋式有一定的难度时,可选择顶管和架空等敷设方式。不同的敷设方式,其结构设计亦不同。
4.抗浮稳定
有些管道敷设的地段地下水位较高或者施工期间多雨,因而管道的抗浮稳定应引起结构设计人员的重视。设计时应根据计算采取相应的抗浮措施,避免浮管现象的出现。
5.抗震设计
（1）场地和管材的选择
确定管线走向时应尽量避开对抗震不利的场地、地基,如不可避免而必须通过地震断裂带或可液化土地基时,应根据工程的重要性、使用条件综合考虑。给水管道应选择抗拉、抗折强度高且具有较好延性的钢管,并要求做好防腐措施。有抗震要求的排水管道应采用钢筋混凝土结构,并有相应的构造措施,尽量避免严重破坏。
(2)构造措施
承插管设置柔性连接;砖石砌体的矩形、拱形无压管道,除砌体材料应满足砖石结构抗震要求外,一般可加强整体刚度(顶底板采用整体式)、减少在地震影响下产生的变形,提高管道的抗震性能;圆形排水管应设置不小于120 度的混凝土管基,管道接口采用钢丝网水泥带,液化地段采用柔性接口的钢筋混凝土管;管道穿越构筑物时应在管道与套管的缝隙内填充柔性填料,若管道必须与墙体嵌固时,应在墙外就近设置柔性连接;管道附属构筑物应采用符合抗震要求的材料和整体刚度好的结构型式。
1)地基处理。出图时应包含地基处理的平、纵断面图。扫描矢量化需要处理的地段的地勘资料纵断面,选择参考点并根据给排水专业的平、纵断面将管道基底轮廓线放在地质纵断面上,划分地质单元并注明桩号和基底高程,标明沟槽范围内和基底以下土层构造以及地下水位。根据纵断面地质单元的划分(桩号划分),确定需处理的范围,针对不同的地质情况和厚度分别采取相应的处理方法。具体的处理方法有:换填、抛石挤淤、砂石挤密、水泥搅拌桩、灰砂桩、木麻黄桩等方法。具体设计按地基处理规范规程执行。
2)管道支墩及镇墩。对承插接口的压力管道,应设置水平和垂直支墩。设计时应根据管道转角、土的参数、工作压力和试验压力计算所需支墩的大小。埋地钢管可不设管道支墩。
四、给排水管道设计中的其他问题
1.在用户管线出口建立格栅
中纤维、塑料等沉积物、悬浮物和漂浮物的大量存在,给管道的清掏和疏通维护作业带来了很大困难。特别是抽升泵站的格栅间,每天都会拦截到大量的漂浮物。有的漂浮物通过格栅进入泵房后,常导致水泵叶轮堵塞、磨损损坏现象的发生。尽管格栅栅条的间距一再减小,但仍有大量的漂浮物进入泵站造成堵塞。为了解决上述问题,建议在庭院或住宅小区的管道出口处设置简易人工拦污格栅,定期进行清理、清掏,从源头上控制漂浮物进入市政管网,以减轻市政管网维护管理的工作量。
2.在检查井井底设置沉淀池
中的沉积物在管道内水流量小、流速慢时会发生沉淀,造成管道淤积堵塞、通水不畅,而管道的疏通工作又费时费力。因此,针对传统的检查井做法,建议将其井底改为沉淀式的,井底下沉30～50cm。这样中的沉积物多数会沉积在检查井中,不至于流入下游管段,只要定期清掏检查井内的沉积物即可,减少了管道维护作业的工作量。这种做法也可用于雨水检查井。
3.在检查井内设置闸槽
干管中的流量和流速均较大,有的检查井内的水位较高,管道维护作业或户线管接头时,需将管道内的水位降低或断流。为了方便维护作业,建议在干管的管道交汇处检查井、转弯处检查井或直线段的每隔一定距离的检查井内根据需要设置闸槽,通过闸槽的开闭控制水流,便于维护作业。同时为方便户线支管接头时的施工,建议能研制一种较轻便、实用的管道阻水设备。
五、结束语
总之，建筑给排水管道工程与人民生产生活息息相关，其使用功能的好坏，涉及到千家万户的切身利益，关系着城市防涝及地下水和土壤被污染的生态问题。因此加强建筑给排水管道工程的设计工作具有重要的意义。
参考文献：
[1]邓宏毅.建筑设施给排水设计施工的探讨,科技创新导报,2008.
[2]宋晓华.房屋建筑工程排水措施［J］.青岛建筑工程学院学报，2005，（26）
管道结构设计范文第9篇
关键词: 建筑给排水；管道；结构设计；内容；问题
前言：建筑给排水设施, 是保证城市地面水及时排除, 防治城市水污染, 并使城市水资源保护得以良性循环的必不可少的基础设施, 我国排水工程建设初创于50年代, 到80年代以后, 随着城市化进程的加快和城市水污染日益得到重视,建筑给排水设施建设得到较快发展, 但建筑给排水设施普遍存在各种问题, 如防洪排水能力不足; 平坦地区的排水管渠的坡度偏小, 易淤积; 部分地区的排水设施不成系统, 易形成内涝等。造成这些问题的原因, 有设计不合理, 日常管理不到位, 自然条件变化等。通过对许多工程设计的总结, 我们认为, 建筑给排水工程设计能否更好地避免这些问题的发生, 做到经济合理, 运行安全,受市政给排水工程规划的影响较大。
1、现场踏勘
给排水管道距离相对较长,或穿越城镇密集区,或敷设在农田,或跨越山丘和河流,还有可能横跨铁路、公路及桥涵。一项管道工程同时会遇到上述几种或所有的地形和地貌,其复杂的地形和地貌若不现场查看,则很难全面完成设计。结构设计人员应会同给排水、概预算等专业设计人员共同进行现场踏勘和选线,了解管道线路拟通过的沿线地带地形地貌、地质概况,必要时应在施工图阶段对个别疑难地段重新踏勘。
2、测量和地勘要求
要准确地反应管道沿线的地形地貌和水文地质情况,必须有测量和勘探部门提供的准确的地形和水文地质资料。
2.1 勘探点间距和钻孔深度
勘探点应布置在管道的中线上,并不得偏离中线3m,间距应根据地形复杂程度确定的30～100m,较复杂和地质变化较大的地段应适当加密,深度应达到管道埋设深度以下1m以上,遇河流应钻至河床最大冲刷深度以下2～3m。
2.2 提供勘探成果要求
划分沿线地质单元;查明管道埋设深度范围内的地层成因、岩性特征和厚度;调查岩层产状和分化破碎程度及对管道有影响的全部活动断裂带的性质和分布特点;调查沿线滑坡、崩塌、泥石流、冲沟等不良地质现象的范围、性质、发展趋势及其对管道的影响;查明沿线井、泉的分布和水位等影响;查明拟穿、跨河流的岸坡稳定性,河床及两岸的地层岩性和洪水淹没范围。
3、结构设计内容
3.1 结构形式
管道的结构形式主要由给排水专业确定,结构专业应根据管道的用途(给水还是排水,污水还是雨水)、工作环境(承压还是非承压)、口径、流量、埋置深度、水文地质情况、敷设方式和经济指标等从专业角度提出参考意见。
一般情况下,承压管道常采用预应力钢筋混凝土管、钢管、铸铁管、玻璃钢管、UPVC管、PE管、现浇钢筋混凝土箱涵。非承压管常采用混凝土管、钢筋混凝土管、砌体盖板涵、现浇钢筋混凝土箱涵等。当污水管道口径较大时应采用现浇钢筋混凝土箱涵,特殊情况、特殊地段(过河渠、公路、铁路等)、局部地段非承压管也采用钢管等形式。大型给排水管道工程也有采用盾构结构形式的。
3.2 结构设计
根据管道规格、埋置深度、地面荷载、地下水位、工作和试验压力对管道的刚度和强度进行计算及复核,提供管道壁厚、管道等级、或结构配筋图。
对于一些必须采取加固方法才能满足刚度和强度要求的管道,应根据计算采用具体的加强加固措施。通常采用的加固措施有管廊、混凝土或钢筋混凝土包管等,当钢管计算出的壁厚不经济时,应采用加肋的方法处理。加固的具体方式和方法应根据实际情况和经济指标来确定。
3.3 敷设方式
敷设方式的选择应根据埋置深度、地面地下障碍物等因素确定,一般有沟埋式、上埋式、顶管及架空,较为常用敷设方式采用沟埋式,当沟埋式有一定的难度时,可选择顶管和架空等敷设方式。不同的敷设方式,其结构设计亦不同。
3.4 抗浮稳定
有些管道敷设的地段地下水位较高或者施工期间多雨,因而管道的抗浮稳定应引起结构设计人员的重视。设计时应根据计算采取相应的抗浮措施,避免浮管现象的出现。
3.5 抗震设计
3.5.1 场地和管材的选择
确定管线走向时应尽量避开对抗震不利的场地、地基,如不可避免而必须通过地震断裂带或可液化土地基时,应根据工程的重要性、使用条件综合考虑。给水管道应选择抗拉、抗折强度高且具有较好延性的钢管,并要求做好防腐措施。有抗震要求的排水管道应采用钢筋混凝土结构,并有相应的构造措施,尽量避免严重破坏。
3.5.2 构造措施
承插管设置柔性连接;砖石砌体的矩形、拱形无压管道,除砌体材料应满足砖石结构抗震要求外,一般可加强整体刚度(顶底板采用整体式)、减少在地震影响下产生的变形,提高管道的抗震性能;圆形排水管应设置不小于120 度的混凝土管基,管道接口采用钢丝网水泥带,液化地段采用柔性接口的钢筋混凝土管;管道穿越构筑物时应在管道与套管的缝隙内填充柔性填料,若管道必须与墙体嵌固时,应在墙外就近设置柔性连接;管道附属构筑物应采用符合抗震要求的材料和整体刚度好的结构型式。
(1)地基处理。出图时应包含地基处理的平、纵断面图。扫描矢量化需要处理的地段的地勘资料纵断面,选择参考点并根据给排水专业的平、纵断面将管道基底轮廓线放在地质纵断面上,划分地质单元并注明桩号和基底高程,标明沟槽范围内和基底以下土层构造以及地下水位。根据纵断面地质单元的划分(桩号划分),确定需处理的范围,针对不同的地质情况和厚度分别采取相应的处理方法。具体的处理方法有:换填、抛石挤淤、砂石挤密、水泥搅拌桩、灰砂桩、木麻黄桩等方法。具体设计按地基处理规范规程执行。
(2)管道支墩及镇墩。对承插接口的压力管道,应设置水平和垂直支墩。设计时应根据管道转角、土的参数、工作压力和试验压力计算所需支墩的大小。埋地钢管可不设管道支墩。
4 给排水管道设计中的其他问题
4.1 在用户管线出口建立格栅
中纤维、塑料等沉积物、悬浮物和漂浮物的大量存在,给管道的清掏和疏通维护作业带来了很大困难。特别是抽升泵站的格栅间,每天都会拦截到大量的漂浮物。有的漂浮物通过格栅进入泵房后,常导致水泵叶轮堵塞、磨损损坏现象的发生。尽管格栅栅条的间距一再减小,但仍有大量的漂浮物进入泵站造成堵塞。为了解决上述问题,建议在庭院或住宅小区的管道出口处设置简易人工拦污格栅,定期进行清理、清掏,从源头上控制漂浮物进入市政管网,以减轻市政管网维护管理的工作量。
4.2 在检查井井底设置沉淀池
中的沉积物在管道内水流量小、流速慢时会发生沉淀,造成管道淤积堵塞、通水不畅,而管道的疏通工作又费时费力。因此,针对传统的检查井做法,建议将其井底改为沉淀式的,井底下沉30～50cm。这样中的沉积物多数会沉积在检查井中,不至于流入下游管段,只要定期清掏检查井内的沉积物即可,减少了管道维护作业的工作量。这种做法也可用于雨水检查井。
4.3 在检查井内设置闸槽
干管中的流量和流速均较大,有的检查井内的水位较高,管道维护作业或户线管接头时,需将管道内的水位降低或断流。为了方便维护作业,建议在干管的管道交汇处检查井、转弯处检查井或直线段的每隔一定距离的检查井内根据需要设置闸槽,通过闸槽的开闭控制水流,便于维护作业。同时为方便户线支管接头时的施工,建议能研制一种较轻便、实用的管道阻水设备。
5 结束语
管道结构设计范文第10篇
[关键字] 市政给排水管路、结构设计、勘察技术
市政给排水工程的质量直接关系着整个城市的给排水系统，对于城市的正常运行、道路建设、交通运输安全的作用巨大。因此，相关的从业单位要重视市政给排水管道工程的重要性，在设计结构方案时，综合考虑实际的工程状况，尤其是场地周围、气候变化、地下管线和电缆的情况，在保证工程施工质量的同时，避免其他因素影响给排水管路工程设计方案的实施。
一 现场踏勘
市政给排水管路工程的建设距离相对较长，需要穿过城市密集区，施工场地周围的周围车辆对施工带来了极大的不便，如果施工之前现场勘察工作不到位，就会对管道工程建设中可能面临的困难估计不足，进而影响了施工质量和施工进度。在市政给排水管路工程中，要综合考虑复杂的交通状况和城市地下电线的分布，结构设计人员应当和给排水施工人员、专业预算人员、市政交通人员一同进行实地的工程概况勘察，了解管道线路的通过地带的交通状况和地质概况，必要时在施工图上对于个别的疑难地段重新踏勘。
二 测量和地勘要求
测量和地勘要求是要准确的了解给排水管路沿线的地质状况、地形外貌和地下水水文状况，另外提供准确的地形和水文地质资料。
2.1 勘探点间距和钻孔深度
勘探点的应均匀的分布在管道的中线上，不得偏离中线，同时根据的地质的变化和施工现场的状况确定合理的间距，一般采用的间距是30到100米，对于地形较为复杂的地段，适当的缩小间距。此外钻孔的深度要达到管道埋设深度的1m以下，到管道周围的水位较高或者是河流周围时，要增加钻孔的深度，一般要求钻孔深度在河床冲刷深度以下2―3m。
2.2 提供勘探成果要求
查明管道埋设深度内的土层的特性、地层成因、岩石厚度等，并明确划分不同地质的分界线，同时调查的岩石强度和分化破碎程度对于给排水管道的影响，判断岩石是否会破坏管道的结构，调查管路沿线发生土层断裂、滑坡、崩塌、泥石流的概率以及发展趋势，并判断对于给排水管路的威胁指数；查明管道沿线的地下水位的水文状况，查明垮河流岸坡的稳定性，河床两侧的底层岩石和洪峰淹没范围。
三 结构设计内容
3.1结构形式
管道结构的设计形式应当由给排水专业机构完成，同时在结构设计汇总参考管道的用途，对于管道中输送的不同液体，确定是给水还是排水工程，选用不同的设计标准。而且管道的工作环境、管道的规格、输送液体的流量、埋设深度、地下水文状况、经济指标等方面的因素也是结构设计中必须要考虑的因素。铸铁管、玻璃钢管等；而非承压管道采用混凝土管、钢筋混凝土管、砌体盖板涵、现浇钢筋混凝土箱涵等；污水管路的结构设计选用的是大口径的管路，而且优先使用抗腐蚀能力强的管道，如玻璃钢管、UPVC 管、PE 管等。对于特殊的负荷承载较大的路段，要采用抗压能力强的管道，如桥梁、河渠、公路段等局部地段非承压管也采用钢管等形式。
3.2结构设计
根据管道施工中管道规格、埋设深度、地面承载力等工程条件，严格计算管道的强度和刚度，同时提供管道壁厚、管道等级、结构配筋图，对于特殊要求的管道，要进行加固处理，保证其强度和刚度符合实际的工程使用，并根据实际情况选用加固措施，确定加固的位置和程度，在给排水管道中，常采用的加固措施是混凝土包管。
3.3敷设方式
敷设方式的选择应当结合埋置深度、地面地下障碍物确定，通常采用的敷设方式有：沟埋式、上埋式、顶管及架空等，当工程的不便于采用沟埋式敷设方式时，可以用顶管和架空方式，总之，施工方式的选择要参照实际工程状况。
3.4抗浮稳定
部分市政给排水管路施工中，会出现地下水位较高的情况，尤其是在施工期间降水较多或者施工地区的气候多雨等，管道敷设的地段会出现漂浮现象，严重影响了管路施工的质量。因此在结构设计中要重视抗浮措施，避免这一现象的出现。
3.5抗震设计
3.5.1 场地和管材的选择
在结构设计中，管路基线的选择要尽量避开抗震性能不足的场地、地基，减少对管路结构完整性的破坏，如果是不可避免，则必须要对这一地段的地基进行特殊处理，同时选用抗震性强、抗拉性强、延展性强的管道，并做好管道的防腐蚀工作，避免由于土层振动、位移对管路结构产生影响。
3.5.2 构造措施
在管道结合处设置柔性连接，砌体材料要满足管道结构要求的抗震强度，增强整体的抗震性能和结构刚度，减少地震的影响形变。对于圆形给排水管设置不小于120度的混凝土管基，管道接口采用钢丝网水泥带，管道穿越构筑物时应在管道与套管的缝隙内填充柔性填料。
3.5.3 地基处理
对于特殊地段的地基处理至关重要，首先要测定地段的工程参数，画出地基处理的平、纵断面图，注明桩号、基底高程、沟槽范围、地下水位等，确定需要处理的地基范围，然后根据测量的数据，根据不同的地质情况和厚度采用合理的处理方法，如：换填、抛石挤淤、砂石挤密、水泥搅拌桩、灰砂桩、木麻黄桩等方法。
四 给排水管道设计中的其他问题
除了加强市政给排水管路的结构设计工作，还要采取一些措施，避免给排水管路中出现堵塞现象，具体的措施如下：
4.1在用户管线出口建立格栅
工程建设中出现的纤维、塑料等沉积物、悬浮物、漂浮物的存在给管道建设、维修、疏通等作业带来了极大的困难，特别是抽升泵站中如果进入漂浮物就会造成水泵叶轮堵塞、磨损损坏现象的发生，虽然已经采取了减小格栅条之间的间距 ，但是还是不能避免更小的杂质进入。为了解决上述问题，建议在庭院或住宅小区的管道出口处设置简易人工拦污格栅，定期进行清理、清掏，从源头上控制漂浮物进入市政管网，以减轻市政管网维护管理的工作量。
4.2在检查井井底设置沉淀池
要革新传统的检查井方法，将井底改为沉淀式，井底下沉 30～50 cm。这样中的沉积物多数会沉积在检查井中，不至于流入下游管段，只要定期清掏检查井内的沉积物即可，减少了管道维护作业的工作量。这种做法也可用于雨水检查井。
4.3在检查井内设置闸槽
给排水管路中的流量和流速均较大，对管道的维修工作带来诸多不便，为了方便维护作业，建议干管的管道交汇处检查井、转弯处检查井或直线段的每隔一定距离的检查井内根据需要设置闸槽，利用闸槽控制水流的流量，当有施工需要时，便利用闸槽切断给排水管路的水流，为维修施工带方便。
五 总结
市政给排水工程质量好坏直接影响到了整个城市的发展状况，对城市运作、道路建设、交通安全等多个方面都有显著的作用，但是在实际的工程中，市政给排水管道建设中存在着较多的结构问题，所以在工程结构设计中，要综合考虑施工周围环境、地下电网铺设等因素，保证管道结构设计的科学性，全面性。以上是本人的粗浅之见，由于本人知识水平有限，文中如有不当之处还望不吝赐教。
[参考文献]
[1] 童新国.给排水管道工程中的结构设计[J].工程结构与施工技术，2008年12月.
[2] 周世鹏.浅析市政给排水管道工程中的质量控制措施[J].建筑工程，2011年1月.