陳 龍，胡群芳［.上海城投(集團(tuán))有限公司，上海 0000；.同濟(jì)大學(xué) 上海防災(zāi)救災(zāi)研究所，上海 0009］

當(dāng)前，隨著國(guó)家城市建設(shè)發(fā)展，對(duì)地下管線建設(shè)提出了新的需求，埋地管道大直徑、深覆土已成為其主要發(fā)展趨勢(shì)。例如，在 2010 年建成的某工程一期中的埋地循環(huán)水壓力鋼管[1]，直徑 D 達(dá) 4.10 m，設(shè)計(jì)壁厚 td達(dá) 34 mm，徑厚比 r/t 為 60，覆土厚度 Hs達(dá) 9.8 m。不同于淺埋的管道，此類大直徑深覆土埋地鋼管由于管側(cè)變形的控制，其所受水平壓力并不會(huì)隨著覆土深度的增加而增大，因此，管頂垂直壓力與管側(cè)水平壓力的比值（W/f）會(huì)大大增加，從而降低了埋地管的穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)。因此，考慮深覆土埋地鋼管工程條件的不確定性與復(fù)雜性，對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范的適用性提出了挑戰(zhàn)。如 2008 年，某電廠循環(huán)水壓力鋼管實(shí)際覆土厚度達(dá)到6 m，引起了 310～415 mm 的變形。由于鋼管底部約 1 m厚的砂填層回填施工難度較大，導(dǎo)致實(shí)際施工過(guò)程中砂回填未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的回填土壓實(shí)度，引起鋼管在不同回填料之間發(fā)生不均勻沉降[1]。有關(guān)此類復(fù)雜工程條件下埋地鋼管的設(shè)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范未曾給出具體的設(shè)計(jì)要求。本文在我國(guó)給水排水工程埋地鋼管管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程的基礎(chǔ)上，對(duì)比分析中外埋地鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論及方法，從埋地鋼管的剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性三個(gè)方面，分別論述中外規(guī)范計(jì)算理論的異同點(diǎn)與優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合具體的工程案例分析各自的影響結(jié)果，以為后期我國(guó)大口徑埋地鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論參考和技術(shù)指導(dǎo)。

1 國(guó)內(nèi)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范簡(jiǎn)介

針對(duì)埋地管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要常用的規(guī)范有我國(guó)、日本、美國(guó)和英國(guó)等 7 本，如表 1 所示。其中，我國(guó)現(xiàn)行的兩本規(guī)范均來(lái)源于 GBJ 69—84《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，其中 GB 50332 規(guī)范是其修訂版本，而 CECS 規(guī)范則是在其第七章內(nèi)容的基礎(chǔ)上，為了逐步與國(guó)際接軌以及方便工程應(yīng)用而獨(dú)立編制的。日本 TSGP 規(guī)范由日本 Hydraulic gate and penstock association 在總結(jié)其國(guó)內(nèi)各類發(fā)電站管道設(shè)計(jì)難題的基礎(chǔ)上編制，并于 1981 年 進(jìn)行修訂。Steel Pipe—A guide for design and installation（本文簡(jiǎn)稱AWWA M11 或 M11）由美國(guó)水行業(yè)協(xié)會(huì)（AWWA）于2003 年 3 月發(fā)行了該規(guī)范的最新版本。Guidelines for the design of buried steel pipe 由美國(guó)聯(lián)邦事務(wù)（FEMA）與美國(guó)土木工程協(xié)會(huì)（ASCE）合作成立的美國(guó)生命線系統(tǒng)聯(lián)盟發(fā)行，并將實(shí)際工程應(yīng)用與學(xué)術(shù)研究集于一體。ASME B31.3 規(guī)范，出自美國(guó)機(jī)械師工程學(xué)會(huì)《壓力管道規(guī)范》ASME B31 中的一卷，其適用性最廣。Code of practice for pipelines由英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)于 2004 年 7 月發(fā)布施行（本文簡(jiǎn)稱 PD 8010），代替業(yè)已作廢的規(guī)范 BS8010。

表1 國(guó)內(nèi)外埋地鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范簡(jiǎn)介

國(guó)內(nèi)現(xiàn)行的兩本規(guī)范均僅適用于城鎮(zhèn)公用設(shè)施和工業(yè)企業(yè)中的一般給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不適用于工業(yè)企業(yè)中具有特殊要求的管道設(shè)計(jì)，且 CECS 規(guī)范要求埋設(shè)條件為素土平基或人工土弧基礎(chǔ)。日本的 TSGP 規(guī)范除上述國(guó)內(nèi)一般的給排水管道外，還適用于大容量和高水頭抽水蓄能發(fā)電站管道設(shè)計(jì)。美國(guó)的 GDBSP ASCE 規(guī)范針對(duì)埋地鋼管設(shè)計(jì)，而 AWWA M11 規(guī)范可同時(shí)對(duì)埋地及地面輸水鋼管設(shè)計(jì)。ASME 規(guī)范適用于所有流體，同時(shí)從管道的材料、設(shè)計(jì)、制作、安裝、檢查、檢驗(yàn)和試驗(yàn)均作了相應(yīng)的規(guī)范要求，所以是一本國(guó)際性的通用規(guī)范。英國(guó) PD8010 規(guī)范分為陸地鋼管與海底管線兩部分，其在埋地鋼管方面的設(shè)計(jì)與我國(guó)規(guī)范相比，主要的特性有以下幾點(diǎn)：①提供了管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)、材料選擇、規(guī)格和使用、布置、土地征用、施工、安裝、測(cè)試、運(yùn)行、保養(yǎng)、和廢棄方面的指導(dǎo)；②管道可輸送油類、氣或蒸汽類和其它易燃、易爆、有毒等危險(xiǎn)介質(zhì)；③適用于新建管道和已建管道。

此外，在容許設(shè)計(jì)溫度方面各國(guó)規(guī)范也有所不同。我國(guó)規(guī)范埋地鋼管的設(shè)計(jì)溫度為 -25～25 ℃，日本 TSGP 規(guī)范的適用溫度范圍小于我國(guó)，為 -20℃～20℃，英國(guó)設(shè)計(jì)溫度的下限與我國(guó)規(guī)范相同，但是其對(duì)應(yīng)的上限遠(yuǎn)大于我國(guó)規(guī)范，達(dá)到 120℃。

2 埋地鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)比

2.1 設(shè)計(jì)方法

20 世紀(jì) 70 年代以前，經(jīng)驗(yàn)類比法作為埋地管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要方法，即以工程師經(jīng)驗(yàn)為主，根據(jù)類似工程成功經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行類比設(shè)計(jì)，不需要進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算分析，但是由于缺乏理論依據(jù)，且不適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)逐步被容許應(yīng)力法所替代。

目前國(guó)外主流規(guī)范均采用容許應(yīng)力法，該設(shè)計(jì)方法以彈性力學(xué)理論為基礎(chǔ)，將埋地鋼管對(duì)應(yīng)的危險(xiǎn)截面某一點(diǎn)或某一局部計(jì)算應(yīng)力值與材料的容許應(yīng)力相比較，采取單一的安全系數(shù)，簡(jiǎn)潔而實(shí)用，但也因此對(duì)于不同工程工況情況不能分別計(jì)算處理。

埋地管道設(shè)計(jì)規(guī)范目前已經(jīng)從容許應(yīng)力法逐步發(fā)展到概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。該方法以對(duì)管道材料即荷載作用等大量數(shù)理統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，采用分項(xiàng)安全系數(shù)考慮各荷載綜合作用效應(yīng)，并進(jìn)行多階段設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)現(xiàn)行的兩本規(guī)范均采用該方法，但是由于設(shè)計(jì)過(guò)程對(duì)于各類參數(shù)的確定需要大量的數(shù)理統(tǒng)計(jì)做支撐[2]，所以對(duì)于工程經(jīng)驗(yàn)相對(duì)缺乏的埋地鋼管結(jié)構(gòu)需要做專門的研究。

雖然國(guó)內(nèi)外關(guān)于埋地鋼管的設(shè)計(jì)方法不同，但其設(shè)計(jì)思路基本統(tǒng)一，即由強(qiáng)度計(jì)算確定管壁壁厚，進(jìn)而通過(guò)變形驗(yàn)算以及穩(wěn)定性驗(yàn)算對(duì)壁厚進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)算。

2.2 強(qiáng)度計(jì)算

國(guó)內(nèi)外埋地鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)于強(qiáng)度的計(jì)算大致從環(huán)向應(yīng)力、縱向應(yīng)力以及 Mises 折算應(yīng)力三個(gè)方面去驗(yàn)算，但各自所考慮的荷載作用有所不同，如表 2 所示。

表2 國(guó)內(nèi)外規(guī)范強(qiáng)度計(jì)算的荷載作用

我國(guó)規(guī)范將埋地鋼管的強(qiáng)度計(jì)算劃分入承載能力極限狀態(tài)范圍，通過(guò)各類荷載作用分項(xiàng)系數(shù)以及組合系數(shù)，綜合考慮所受荷載的整體作用效應(yīng)。在環(huán)向應(yīng)力的計(jì)算中不僅考慮了鋼管管壁因設(shè)計(jì)內(nèi)壓而引起的軸力作用效應(yīng)，此外還考慮其它各類荷載組合的彎矩作用效應(yīng)。但由于國(guó)內(nèi)對(duì)地震、爆炸等特殊工況下埋地管的設(shè)計(jì)缺少相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)依據(jù)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的支撐，因此我國(guó)規(guī)范中并未將該類荷載作用計(jì)入埋地鋼管強(qiáng)度計(jì)算中。各國(guó)規(guī)范中，僅有美國(guó)的ASME 規(guī)范以及 ASCE 規(guī)范做出了相應(yīng)的規(guī)定，其中 ASCE規(guī)范認(rèn)為地震作用下埋地鋼管所受的災(zāi)害主要分為兩個(gè)方面：①地震引起的地面位移所引發(fā)的間接災(zāi)害；②地震波傳播所造成的直接災(zāi)害。其中關(guān)于地面位移的影響，ASCE規(guī)范推薦采用有限元模擬的分析方法進(jìn)行計(jì)算。而對(duì)于地震波的影響則通過(guò)限制埋地鋼管的彎曲應(yīng)力以及軸向應(yīng)變進(jìn)行災(zāi)害控制。日本的 TSGP 規(guī)范以及英國(guó)的 PD 規(guī)范在強(qiáng)度計(jì)算上均僅考慮了設(shè)計(jì)內(nèi)壓、水錘壓力以及溫度作用三個(gè)荷載的作用效應(yīng)。

縱向應(yīng)力一般由橫向應(yīng)力和溫度應(yīng)力組成，此外我國(guó)規(guī)范還要求依據(jù)具體的工程情況考慮因不均勻沉降引起的縱向應(yīng)力。各國(guó)規(guī)范有關(guān)溫度應(yīng)力的計(jì)算范圍雖有所不一樣，但均按照最不利工況進(jìn)行選取。

國(guó)內(nèi)外規(guī)范有關(guān)管材容許應(yīng)力的取值各自不一。我國(guó)規(guī)范強(qiáng)度計(jì)算容許應(yīng)力直接取自管材的屈服強(qiáng)度值；日本TSGP 規(guī)范容許應(yīng)力需在屈服強(qiáng)度的基礎(chǔ)上除以強(qiáng)度安全系數(shù)（一般取值 1.5），并乘以一定的焊縫強(qiáng)度折減系數(shù)（＜1），所以日本 TSGP 規(guī)范的強(qiáng)度計(jì)算容許應(yīng)力值要小于我國(guó)CECS規(guī)范的容許應(yīng)力值。美國(guó)的 AWWA 規(guī)范對(duì)于容許應(yīng)力的規(guī)定除了在屈服強(qiáng)度的基礎(chǔ)上乘以對(duì)應(yīng)的焊縫折減系數(shù)以外，還需乘以相應(yīng)的設(shè)計(jì)因數(shù) a（靜水工況下 a=0.5，水錘工況下 a=0.75）。英國(guó)PD規(guī)范容許應(yīng)力的計(jì)算與美國(guó)的AWWA規(guī)范一樣，不同的是英國(guó)規(guī)范對(duì)于設(shè)計(jì)因數(shù)a的工況區(qū)分更為詳細(xì)（B 類物質(zhì)：a≤0.72；C/D/E 類物質(zhì)，且Ⅰ類場(chǎng)地下：a≤0.72；C/D/E 類物質(zhì)，且Ⅱ類場(chǎng)地下：a≤0.3；對(duì)于其它取值a＞0.72 的情形必需要有可靠的分析依據(jù)）。由上述可知，我國(guó) CECS 規(guī)范的強(qiáng)度計(jì)算容許值是各國(guó)不同規(guī)范中要求最為寬松的。

2.3 剛度驗(yàn)算

國(guó)內(nèi)外規(guī)范在進(jìn)行埋地鋼管剛度驗(yàn)算時(shí)，均以豎向變形為主要分析對(duì)象，并按最不利工況即管道空載時(shí)進(jìn)行剛度校核，此時(shí)管道所受荷載有上覆土荷載、地面超壓以及管道內(nèi)部真空無(wú)內(nèi)力。除了 TSGP 規(guī)范、ASME B 31.3 以及PD 8010 規(guī)范沒(méi)有給出具體的變形計(jì)算公式以外，其余規(guī)范所采用的變形計(jì)算式基本一致，均參照 Spangler 公式，綜合考慮埋地鋼管自身的強(qiáng)度、剛度以及管側(cè)土體的彈性抗力作用。

各國(guó)規(guī)范有關(guān)容許變形的規(guī)定所采用的變形容許值差異并不是太大，基本都落在 0.02～0.04 D0 的區(qū)間內(nèi)。此外對(duì)于大直徑埋地管，由于壁厚相對(duì)較薄，鋼管柔性相對(duì)增大，外壓失穩(wěn)和變形過(guò)大的可能性增加。為加強(qiáng)鋼管抗外壓失穩(wěn)能力，并降低變形過(guò)大的可能性，可通過(guò)增加加勁肋環(huán)作為安全儲(chǔ)備措施。參考日本規(guī)范相關(guān)條例，加勁肋環(huán)作用范圍即加勁環(huán)左右兩側(cè)一定寬度以內(nèi)受到約束的管壁，最大變形的最可能發(fā)生部位位于區(qū)間管壁處，需按照光面鋼管計(jì)算變形的方法計(jì)算區(qū)間管壁的變形量，即采用上述 Spangler 公式計(jì)算，但在計(jì)算截面剛度時(shí)，需用等效寬度代替原有管壁寬度。

2.4 穩(wěn)定性驗(yàn)算

埋地鋼管的失穩(wěn)形式主要有三種：環(huán)向鼓包、側(cè)壁壓屈和縱向屈曲，如圖 1 所示。

圖1 埋地鋼管屈曲形式

中外規(guī)范穩(wěn)定性計(jì)算中關(guān)于管道屈曲形式的選取有所差異，美國(guó)規(guī)范 GDBSP ASCE 的屈曲驗(yàn)算包含兩種形式：側(cè)壁壓屈和管環(huán)屈曲，即圖2中的（1）、（2）兩種屈曲形式。但由工程經(jīng)驗(yàn)可知，對(duì)于D/t小于100，且材料的屈服強(qiáng)度大于 0.03 MPa 的壓力管而言，側(cè)壁壓屈破壞幾乎是不可能的，所以 ASCE 規(guī)范并未給出具體的驗(yàn)算式，僅建議可通過(guò)保證一定的埋置深度來(lái)避免側(cè)壁壓屈的發(fā)生。英國(guó)規(guī)范PD 8010 在此考慮了管道的局部屈曲、縱向屈曲以及由于軸向壓力引起的約束屈曲驗(yàn)算。日本 TSGP 規(guī)范的屈曲驗(yàn)算對(duì)象除了光圓管管壁以外，還包括了加肋管的管壁以及肋環(huán)，為國(guó)內(nèi)加勁肋埋地鋼管的設(shè)計(jì)提供了技術(shù)參照。

中外規(guī)范對(duì)埋地鋼管進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)主要通過(guò)管道屈曲失穩(wěn)的臨界荷載 與管道上的外壓作用的比值與對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定性安全系數(shù)進(jìn)行比較。其中，所考慮的屈曲外壓基本相同，主要有豎向土壓力、地面超載以及真空壓力。但對(duì)應(yīng)臨界壓應(yīng)力的計(jì)算則各有不同。我國(guó) CECS 規(guī)范采用日本藤田博愛(ài)公式計(jì)算埋地鋼管臨界荷載值。該式主要分為兩部分：埋地鋼管自身剛度所產(chǎn)生的抗力以及土體的抗力效應(yīng)，其中第二部分土體抗力效應(yīng)中有關(guān)負(fù)抗力效應(yīng)的可靠性有爭(zhēng)議，不宜考慮，因此修訂后的規(guī)范將土體抗力的效應(yīng)折減為二分之一，即僅考慮土體正抗力的效應(yīng)的影響。對(duì)比各國(guó)規(guī)范穩(wěn)定性計(jì)算公式可知，僅我國(guó)規(guī)范考慮了管側(cè)土體的抗力影響，其它規(guī)范均僅從埋地鋼管自身失穩(wěn)的力學(xué)性能進(jìn)行分析驗(yàn)算。但需要指出的是在各國(guó)規(guī)范中僅日本規(guī)范對(duì)加勁肋埋地鋼管的設(shè)計(jì)提出了具體的計(jì)算式。日本 TSGP 規(guī)范對(duì)于光圓埋地鋼管管壁和加勁肋環(huán)埋地鋼管的加勁肋的穩(wěn)定性計(jì)算均采用 Amstutz 原理，即假定當(dāng)外壓接近臨界值時(shí)，環(huán)向管壁可能出現(xiàn)幾個(gè)初始波，但隨著外壓的增大，管壁將首先向其中一個(gè)薄弱部位屈曲，形成一個(gè)單波，從而減小了其它部位的管壁發(fā)生屈曲的可能性。國(guó)內(nèi)外實(shí)際埋藏式鋼管失穩(wěn)破壞和模型試驗(yàn)破壞的實(shí)例說(shuō)明阿氏假定的屈曲波形是比較符合實(shí)際的。這為我國(guó)加勁肋環(huán)埋地鋼管的設(shè)計(jì)提供了一定的參考價(jià)值。

3 工程設(shè)計(jì)案例設(shè)計(jì)對(duì)比

3.1 工程概況

本文利用國(guó)內(nèi)某工程的埋地鋼管參數(shù)作為計(jì)算案例，應(yīng)用上述各國(guó)不同規(guī)范進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，表3為該工程中埋地鋼管結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，包括管材參數(shù)，管道尺寸、設(shè)計(jì)荷載和周邊土體參數(shù)等。

表3 埋地鋼管設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)

3.2 強(qiáng)度計(jì)算對(duì)比分析

由表 4 可知，各國(guó)不同規(guī)范計(jì)算的判定結(jié)果基本一致。在環(huán)向應(yīng)力的計(jì)算中，僅我國(guó)規(guī)范不能滿足條件要求，且達(dá)到 294.17 MPa，遠(yuǎn)超出其它規(guī)范計(jì)算值，可以推斷這是由于我國(guó) CECS 規(guī)范在環(huán)向應(yīng)力的計(jì)算中除了考慮設(shè)計(jì)內(nèi)壓以外，還考慮了其它荷載組合作用下引起的環(huán)向彎曲應(yīng)力，且經(jīng)過(guò)進(jìn)一步計(jì)算發(fā)現(xiàn)因設(shè)計(jì)內(nèi)壓而引起的環(huán)向應(yīng)力為 29.33 MPa，與其它規(guī)范計(jì)算值接近，其余因彎矩引起的環(huán)向應(yīng)力為 265 MPa，是造成我國(guó) CECS 規(guī)范的環(huán)向應(yīng)力計(jì)算值偏大的原因，其最直接的影響是埋地鋼管壁厚的增加，因此若是過(guò)高的估計(jì)該彎矩作用的影響，則會(huì)造成材料的浪費(fèi)。

表4 各項(xiàng)規(guī)范強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析單位：MPa

我國(guó) CECS 規(guī)范將各項(xiàng)荷載的彎矩作用考慮在內(nèi)從理論上分析更為合理，且從結(jié)果數(shù)值來(lái)看，也非常有必要，但是綜合國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)規(guī)范以及實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，如何準(zhǔn)確的考慮彎矩因素對(duì)環(huán)向應(yīng)力的影響是值得我們進(jìn)一步思考研究的問(wèn)題。

3.3 剛度計(jì)算對(duì)比分析

由下表 5 國(guó)內(nèi)外規(guī)范的剛度計(jì)算對(duì)比分析結(jié)果可知，該設(shè)計(jì)條件下的埋地鋼管可滿足我國(guó) CECS 規(guī)范和美國(guó) ASCE規(guī)范的設(shè)計(jì)要求，但不能滿足美國(guó) AWWA 規(guī)范的設(shè)計(jì)要求（日本 TSGP 規(guī)范和英國(guó) PD 規(guī)范由于并未給出具體的計(jì)算式，在此省略）。

表5 各國(guó)不同規(guī)范剛度計(jì)算結(jié)果比對(duì)

各國(guó)不同規(guī)范剛度計(jì)算的橢圓度容許值均為 0.03，判定結(jié)果的不一致來(lái)源于各國(guó)不同規(guī)范橢圓度的計(jì)算值。但由前述可知，國(guó)內(nèi)外規(guī)范對(duì)于埋地鋼管的剛度計(jì)算均來(lái)源于Spangler 公式，因此，表 6 列出了各國(guó)不同規(guī)范橢圓度計(jì)算的中間參數(shù)值進(jìn)行比較。

表6 各國(guó)不同規(guī)范橢圓度 Δy/D false 計(jì)算中間參數(shù)值

由表 6 可知，美國(guó)的 ASCE 規(guī)范與 AWWA 規(guī)范中間參數(shù)值最主要的區(qū)別在于管道所受豎向壓力的不同，美國(guó)AWWA 規(guī)范所考慮的計(jì)算荷載值為 0.27 MPa，近似于 ASCE規(guī)范的 2 倍，符合最終兩者橢圓度計(jì)算規(guī)律。我國(guó) CECS 規(guī)范的單位長(zhǎng)度管道剛度值為 6.35E＋4 MPa，取值遠(yuǎn)大于其它規(guī)范。埋地鋼管的豎向變形為縱向截面的彎曲變形積累所致，而管道用以抵抗因豎向壓力作用產(chǎn)生的縱向截面彎矩的剛度則來(lái)源于埋地鋼管的縱向截面剛度，即考慮了慣性矩遷移的單位長(zhǎng)度縱向截面剛度。

3.4 穩(wěn)定性計(jì)算對(duì)比分析

表 7 為國(guó)內(nèi)外規(guī)范有關(guān)埋地鋼管穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果對(duì)比，其中僅英國(guó) PD 規(guī)范考慮彎矩屈曲、縱向屈曲以及外壓屈曲的綜合作用時(shí)不能滿足其對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)要求。此外，對(duì)比其它各類規(guī)范的容許屈曲值可發(fā)現(xiàn)，雖然均能滿足對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)要求，但是，日本規(guī)范的容許屈曲值遠(yuǎn)大于其它各國(guó)不同規(guī)范，這是由于日本規(guī)范基于 Amstutz 原理考慮了埋地鋼管加勁肋的作用，從而大大提高了埋地鋼管的承載能力。

表7 各國(guó)不同規(guī)范穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果對(duì)比單位：MPa

4 結(jié) 語(yǔ)

伴隨國(guó)家城鎮(zhèn)化發(fā)展的快速發(fā)展需求，城市基礎(chǔ)設(shè)施中的埋地管道工程近年來(lái)引起全社會(huì)的重視，大直徑、深覆土埋地鋼管會(huì)越來(lái)越多應(yīng)用到實(shí)際工程[3]。然而，國(guó)內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范在適用條件上限制性存在問(wèn)題，由此促使發(fā)展更加可靠的埋地鋼管設(shè)計(jì)方法。綜合國(guó)內(nèi)外各埋地鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，我國(guó)規(guī)范的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，在強(qiáng)度計(jì)算方面考慮了各類荷載的綜合作用效應(yīng)，其合理性優(yōu)勢(shì)已有所體現(xiàn)，但是具體的設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)該如何選取還應(yīng)結(jié)合更多的實(shí)際工程案例進(jìn)行研究，以提高最終結(jié)果的精準(zhǔn)性。

此外，對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外規(guī)范計(jì)算方法，其中存在很多借鑒點(diǎn)。日本的 TSGP 規(guī)范詳細(xì)規(guī)定了有關(guān)加勁肋埋地鋼管的設(shè)計(jì)，為我國(guó)大直徑、深覆土埋地鋼管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一定的參照。英國(guó)的 PD 規(guī)范提供了埋地鋼管各類不同屈曲形式下的穩(wěn)定性驗(yàn)算方法。美國(guó)規(guī)范在工況的考慮、荷載的選擇、埋地鋼管的設(shè)計(jì)流程以及后期維護(hù)方面都作了詳細(xì)的闡述，對(duì)我國(guó)不同工況下埋地鋼管的設(shè)計(jì)具有實(shí)際性的指導(dǎo)作用。

綜合上述分析可以發(fā)現(xiàn)，我國(guó)現(xiàn)行埋地鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范在工況的適用性、設(shè)計(jì)及后期維護(hù)等方面均有所欠缺，可在借鑒國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)規(guī)范及各類工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上逐步完善，以滿足工程結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜的設(shè)計(jì)需求。