聚氨酯预制直埋保温管厂家
直埋管道安全状态的分析：
对于 DN500 以上的大口径直埋供热管道，与小口径的直埋管道设计中强度计算原理
是相同的，都需要通过强度验算看管道能否处于安全状态，但对于大口径直埋管道在设
计中除了按照《城镇直埋供热管道工程技术规程》中规定对管道进行强度条件计算外，
通过对管道安全状态的分析，还应考虑管道局部失稳、截面椭圆变形等的影响，这两点
在 DN500 以下小口径直埋管道设计中往往是可以不考虑的。下面对直埋管道的安全状
态进行详细分析：
聚氨酯预制直埋保温管厂家
4.1 强度失效
根据作用的不同（荷载）的不同，管道中的应力可以分为一次应力、二次应力和峰
值应力，每种应力都可以引起不同方式的***。
a) 塑性流动：内压产生的一次应力，满足静力平衡条件，所引起的变形具有非自限
性。当一次应力超过屈服应力时，管壁会产生较大的塑性变形（塑性流动），塑性变形
的进一步增加，可导致爆裂或断裂。
b) 循环塑性变形：温度变化产生的二次应力，满足变形协调条件，所引起的变形具
有自限性，变形的同时总能使应力下降，反过来又使变形不在发展，故二次应力只会产
生有限的塑性变形。然而，这种塑性变形会造成管壁内部结构一定程度的损伤，循环往
复的塑性变形将使管道发生破损。在管道的使用期间内，当循环变化的压力和温度所产
生应力（一次应力及二次应力）变化范围超过了两倍的屈服应力时，将产生循环塑性破
坏（在升温过程中的压缩塑性变形和在降温过程中的拉伸塑性变形）。
聚氨酯预制直埋保温管厂家
c) 疲劳***：应力集中通常发生在弯头、折角、大小头及三通等管件处。在温度和
压力变化过程中，应力集中引起的峰值应力，只在很小的局部范围内产生循环塑性变形。
一方面，该区域是被弹性区域包围的，故不会引起爆裂或断裂；另一方面，塑性变形对
钢材的损伤作用，使管道经历了一定的运行周期后，产生疲劳***。峰值应力的变化范
围越大，疲劳***所经历的周期就越短。
4.2 稳定失效
从整个管线看，管道属于杆件；从管道局部看，管道属于薄壁壳体。当热力管道处
于受压状态时，将可能出现两种不同方式失稳***。
整体失稳：在轴向压应力作用下，由于压杆效应，可能会引起管线的整体失稳。
局部失稳：在轴向压应力作用下，管壁可能出现局部皱结，引起局部失稳。
除上述失效方式外，横断面上的土壤荷载和交通荷载也会使管道截面产生椭圆化变
形，过大的椭圆化变形也会使管道产生***。大口径直埋管道的设计要点：
当管道的管径不大于 DN500 时，管道只会出现无限塑性流动、循环塑性变形、疲劳
***和整体失稳，而不会有其它方式的***出现。针对这种情况，文献[2]给出了相应破
坏方式出现的强度条件。当上述强度条件得到满足时，DN500 以下的管道将处于安全状
态。
聚氨酯预制直埋保温管厂家当管道的管径大于 DN500 时，除上述***方式外，局部失稳
和截面椭圆变形出现的概率将大大增加，会成为大口径直埋管道的主要失效方式。那么，
需要针对这两种方式
建立新的强度条件，并使管道满足上述条件，则管道处于安全状态，这时，大口径预制
保温管的直埋敷设是可行的。
a) 局部失稳：文献[1]给出了验算钢管管壁局部稳定性的强度条件。产生局部失稳的
因素是管道的轴向应变，轴向应变取决于热胀变形的大小和热胀变形的释放程度。由于
冷安装方式的下的管道温升大于预热安装方式下的管道温升，故预热安装方式下，热胀
变形量较小，热胀变形的释放与管道补偿状态有关，有补偿管段的释放程度要大于无补
偿管段的释放程度。另一方面，局部失稳的可能性还与管道的截面性有关，在轴向应变
相同的管道中，随着管壁的增厚而局部失稳的可能性减少，而随着钢管平均半径的增大
而局部失稳的可能性增大。计算方法如下：
计算极限状态应力时：
r m ／δ≤28.7 则：σ Z max ≤334 MPa；
r m ／δ＞28.7 则：σ Z max ≤[9250(δ／r m )+11.7 ] MPa；
计算极限状态温差时：
r m ／δ≤28.7 则：ΔT≤130℃；
r m ／δ＞28.7 则：ΔT≤[3500(δ／r m )+8 ] ℃；
式中：r m — 钢管的平均半径，m；
δ— 钢管的壁厚，m；
σ Z max — 管道***大轴向应力，MPa；
ΔT— 管道工作与安装温差，℃。
b) 椭圆化变形：文献[3]给出了验算土压力和车辆荷载作用下控制钢管截面椭圆化变
形的稳定条件，即保证钢管截面椭圆化变形不大于钢管外径的 30%。产生径向变形的主
要原因是管道上作用的垂直荷载，包括随埋深增加而加大的土壤荷载和随埋深增加而减
小的车辆荷载。同样，还与钢管的截面参数有关，在相同的垂直荷载作用下，平均半径
越大，径向变形越大，管壁越厚，径向变形越小。当埋深较浅或较深时，应适当加大钢
管的壁厚，这样才能保证局部失稳的要求。