SY T 0015.2-1998 原油和天然气输送管道穿跨越工程 设计规 范跨越工程.pdf
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1、中华人民共和国石油天然气行业标准原油和天然气输送管道穿跨越工程设计规范跨越工程SY/T 0015.2-1999批准部门:中国石油天然气总公司批准日期:1998-04-26实施日期;1998-08-01代替SYl 1于19851总则1.0.1为了在原油和天然气输送管道跨越工程设计中贯彻执行国家的有关方针政策,做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量,制定本规范1.0.2本规范适用于地震基本烈度小于或等于9度地区的原油和天然气输送管道跨越人工或天然障碍物(河流、湖泊、沼泽、冲沟、水库、铁路、公路等)的工程设计。1.0.3原油和天然气输送管道跨越工程设计应遵守下列原则:1处理好与输油、输气管道线路
2、工程的衔接,与铁路、公路、河流,城市及水利规划的相互关系;2采用先进技术,吸收国内外新的技术成果;3优化设计方案,确定最佳跨越点的位置及最佳跨越结构型式。1.0.4管道跨越工程设计除应符合本规范外,尚应符合国家现行的有关强制性标准的规定.2术语2.0. 1管道跨越工程pipeline aerial crossing engineering原油和天然气输送管道从天然或人工障碍物上部架空通过的建设工程。2.0.2梁式管道跨越girder pipeline aerial crossing以输送管道作为梁的跨越2. 0. 3 “II”形刚架管道跨越“II “-type frame pipeline a
3、erial crossing以输送管道构成“n”形刚架的跨越。2.0.4拓架式管道跨越truss pipeline aerial crossing以输送管道和其他构件组成拓架结构的跨越。2. 0.5轻型托架式管道跨越light truss pipeline aerial crossing以管道作为上弦杆、钢索作为下弦杆组成托架结构的跨越。2.0.6单管拱跨越single-line arch type pipeline crossing以单根输送管道作成拱形的跨越。2. 0. 7组合管拱跨越pipe-build up arch type pipeline aerial crossing以输送管道
4、及其他构件组成拱形的跨越。2.0.8悬缆式管道跨越suspended cable and pipeline aerial crossing输送管道以悬垂形状吊挂在承重主索上的跨越。2.0.9悬垂式管道跨越suspended pipeline aerial crossing输送管道以悬垂状构成自承式的跨越2.0. 10悬索式管道跨越suspension cable ripe pipeline aerial crossingSY/T 0015.2-1998输送管道以平直形状吊挂在承重主索七的跨越。2.0. 11斜拉索管道跨越obliquely-cable stayed pipeline aeria
5、l crossing输送管道用多根斜向张拉钢索连结于塔架和锚固墩上的跨越。2.0. 12管桥上部结构pipeline bridge upper structure管桥架空部分的总称,即管桥支座以七或从管拱起拱线以上的结构部分。2.0. 13管桥下部结构pipeline bridge understructure管桥上部结构支承结构部分的总称,即塔架、桥墩、基础、锚固墩等2.0. 14主跨main span管道跨越工程的主要跨越管段。2.0. 15弹性失效elasticity failure结构或构件在撤去作用的全部荷载时,结构或构件不能恢复到初始的形状与尺寸。2.0. 16塑性失效plasti
6、city failure结构或构件在荷载作用时,荷载不增加而出现不符合弹性规律的塑性变形。2.0. 17安定性stability结构或构件在荷载作用若干循环以后,没有出现弹、塑性或递增的非弹性变形2,0. 18疲劳分析fatigue analysis结构或构件在规定的作用重复次数和作用变化幅度下所能承受的最大动态应力的分析2.0. 19风振wind vibration在风力的动态作用下引起的管桥动力响应3基本规定3.0. 1管道跨越工程应按跨越所处地理环境条件划分为甲、乙两类,甲类为通航河流跨越,乙类为非通航河流及其他障碍跨越。3. 0.2管道跨越工程应按表3.0.2中条件之一划分等级。表3.
7、0.2管道跨甘工程等级工程等级总跨长度(m)主跨长度(m)大型妻300 150中型)100-50-450小型40020)的要求;5需焊接的索具碳素钢,其含碳量不得大于0.25;低合金钢或合金钢除碳含量不得大于。.25%外,碳当量C,不得大于。.43%,一般控制在。.38%左右。4. 1.6选择4. 1.7焊接材料应根据被焊材料的机械性能、化学成分、焊前预热、焊后热处理及使用条件等因素焊接材料应符合国家现行标准碳钢焊条GB/T 5117,低合金钢焊条GB/T 5118,(熔化焊用钢丝GB/T 14957的有关规定。4.2荷载及荷载效应组合4.2.1管道跨越设计时,应考虑永久荷载、可变荷载、偶然荷
8、载、试压荷载、施工荷载及地震作用效应。1永久荷载应包括输送管道、钢丝绳、塔架、基础、锚固墩、栏杆及走道板、连接件、防腐及保温层等结构自重,并包括输送介质及管内凝集液重量、输送介质压力等;2可变荷载应包括清管荷载、检修荷载、冰雪荷载、裹冰荷载、风荷载、充水荷载、温度应力、洪水冲击荷载及流水压力、水浮力、冰压力等荷载;3偶然荷载应包括船或漂流物的撞击力及断线荷载;4试压荷载应符合本规范表5.3.2的规定;5施工荷载应包括施工中临时起吊设施及操作人员荷载、吊装和管道发送产生的冲击荷载;6地震作用效应应考虑水平地震作用效应和竖向地震作用效应。4.2.2荷载效应组合应按不同阶段进行组合,即施工阶段、使用
9、阶段、试压阶段、清管阶段,按最不利组合进行设计计算。4.3管道跨越结构型式选择及几何尺寸确定4.3. 1选择管道跨越结构型式时,宜将输送管道作为结构体系杆件之一。4.3.2根据跨度、管径,以及河床水文、地质条件,管道跨越的结构型式可分别选用梁式、“II”形刚架、单管拱、组合管拱、轻型托架、析架、悬垂、悬缆、悬索、斜拉索等结构型式(见附录A) o4. 3. 3确定管道跨越的跨度时,除应考虑跨越结构受力条件和桥墩(支墩)的稳定性外,尚应考虑施工场地和其他条件。192SY/T 0015. 2-19984. 3.4选用悬垂、悬缆、悬索、斜拉索等结构型式的大、中型管道跨越,宜采用对称结构,且边跨长度不宜
10、小于中跨长度的2/54.3.5大型斜拉索管道跨越的斜拉索宜对称于塔架布置,并分散悬挂(或固定)于塔的两侧,最外一根斜拉索与管道水平夹角不宜小于22004. 3.6管道跨越的支承结构最高洪水位以下部分,宜采用混凝土或钢筋混凝土结构。4. 3.7大型管道跨越的锚固墩,宜采用重力式混凝土或钢筋混凝土结构。4.3.8在架空管道的两端应设防护栏或值班守卫室等防范设施。4.4输送管道强度及稳定性计算4.4. 1管道输送介质内压引起的环向应力按式(4.4. 1)计算。,一Pd28(4.4. 1)式中:an-管道输送介质内压引起的环向应力(MPa) ;d一一管道内径(mm) ;S一一管道壁厚(mm);D一管道
11、输送介质内压(MPa).4.4.2管道的轴向应力计算:I管道输送介质内压引起的轴向应力按式(4.4. 2-1)计算。o,;=0. 5an式中a;,一管道输送介质内压引起的轴向应力(MPa) ;a,、一一管道输送介质内压引起的环向应力(MPa).2桥面荷载效应组合引起的弯曲应力按式(4.4.2-2)计算。Ma.3“W式中:aaz-一桥面荷载效应组合引起的弯曲应力(MPa) ;(4. 4.2一ll(4.4.2一2)M桥面荷载效应组合产生的弯矩(N“m);W-一管道净截面抵抗矩(cm, ),3管道悬垂引起的轴向应力按式(4.4.2-3)计算。氏7=4EDffL3义10-13(4.4.2一3)式中:,
12、a一管道悬垂引起的轴向应力(MPa) ;F,-一钢材弹性模量(N/ mm) ;D一管道外径(mm) ;f-一垂高(m);大-一跨度水平长度(m).4拉索引起的轴向应力按式(4.4.2-4)计算。N6,a=A(4.4.2一4)式中:6.-,一拉索引起的轴向应力(MPa) ;N一拉索对管道的拉力(N);A管道截面面积(mm )5温度应力按式(4.4.2-5)计算。a=aEt式中:a,温度变形引起的轴向应力(MPa) ;。一钢管线膨胀系数(1一“();(4.4.2一5)SY/T 0015. 2-1998么t-温差(0C);F.一一钢材弹性模量(N/mm )4.4.3管道剪应力按式(4. 4. 3)计
13、算。(4.4.3)式中:一一管道弯曲引起的剪应力(MPa) ;V管道剪力(N);A-一管道截面面积(mm)4.4.4当量应力应按式(4.4.4)计算。=丫雌+ ay. + a2,/a1+(asa,十o,a, + a,.a)+3 (r, +ry十吐 ) (4.4.钓式中:。一当量应力(MPa);a,a.a一一X,Y,Z方向的应力(MPa) ;r ,r-r-X,Y,Z方向的剪应力(MPa).4.4.5强度验算按式(4.4.5)进行a簇Fa, (4. 4.5)式中:。,一一钢管的屈服强度(MPa) ;F强度设计系数(见表3.0.3);。一钢管的当量应力(MPa).4. 4.6管道跨越结构应进行整体及
14、局部稳定性验算。4.4.7大型跨越工程的风动力反应,宜采用振型分解反应谱法计算或通过风洞模拟试验确定4.4.8管道跨越应避免风的涡激作用引起桥面结构共振,采取有效的防振措施,并进行结构疲劳验算4.4.9管道跨越抗震设计按本规范第4.10节的规定执行。4.5温度补偿及桥面设施4.5.1跨越管段宜利用自身补偿能力当不能满足热变形要求时应采用补偿器,补偿器必须满足清管器及检测仪器能顺利通过的要求。4.5.2补偿器与直管段连接最后一个焊口时,应选择在当地最佳温差条件下焊接。4.5.3补偿器弯头可用冷弯管或热弯管制作,弯头的曲率半径应大于或等于5 DN。当管径DN大于或等于400 mm时,宜用高频弯管制
15、作。4.5.4补偿器采用弯管组焊时,两弯管之间应采用直管段连接,直管段长度不得小于管道外径的1. 5倍,且不得小于500 mm.4.5.5凡采用补偿器,应根据施工环境温度与正常输送介质温度之差选择合适的预拉伸(压缩)措施。4.5.6跨越管段在通航河流上设置的航标灯、输送电缆应选用加强绝缘型,照明灯具应选用密封防水防爆型。4.5.7跨越管段架空高度(包括塔架高)超过15 m,应考虑防雷接地措施。4.5.8大、中型跨越工程应设置人行检修通道,通道两侧设手扶栏杆,高度不应低于1.2 m.4.5.9跨越管段支承点宜做成滑动支座或弹性支座。若管道两端预埋人两岸锚固墩中,则在锚固墩端面与管道连接处,应对管
16、道采取局部加强措施4.5. 10凡在跨越管段上焊接连接件时,均应焊接在加强板上,不应直接焊在管道外壁上4.6钢丝绳设计及技术要求4.6. 1钢丝绳的设计许用拉力应采用钢丝绳破断拉力的3000“4000,钢丝绳破断拉力应为全截面钢丝的破断拉力总和的。.85%04.6.2跨越工程所选用的钢丝绳必须在施工前进行预张拉,预拉力为钢丝绳破断拉力的50 Yll,预张拉的稳定时间不得小于6h194SY/T 0015. 2-19984.7索具设计及技术要求4.7. 1管道跨越工程中的索具包括花篮螺栓、锚固头、拉杆(U形环)及铸钢索鞍等零部件。4.7.2索具设计计算一般包括以下内容:1以弹性失效作为破坏准则的强
17、度设计计算;2以塑性失效作为破坏准则的极限设计计算;3由于结构或形状发生变化所引起的结构不安定性,需采用安定性准则进行安定性设计计算;4山于荷载变化引起的疲劳破坏,需进行疲劳分析和校核的设计计算。4.7.3索具设计的安全系数、许用应力和计算准则应符合下列规定:l重要部件安全系数按表4.7.3-1和4. 7. 3-2的规定选用;2以塑性失效作为破坏准则的极限设计许用应力应取其基本许用应力的1. 5倍;3安定性设计准则和疲劳破坏分析设计许用应力值及计算准则分别按钢制压力容器一分析设计标准lR 4732-1995中“分析设计的一般准则”和附录C,以疲劳分析为基础的设计”(补充件)的规定执行;4铸钢许
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