直埋敷设是近些年才发展起来的一种管网地下敷设方式,随着我国供热区域面积的不断扩大,国内的一些直埋管网工作压力已达到2.5MPa;管径高达DN1400mm。目前直埋管网应力计算方法主要依据《城镇直埋供热管道工程技术规程》(CJJ/T 81-98),但该规程明确规定只适用于小于或等于DN500mm的直埋管道的应力计算,规程中管道应力计算方法的适用范围有局限性,并且规程中不包括折角、变径、三通等关键部件的应力计算方法。随着直埋敷设技术的不断发展,2013年进行改版的《城镇直埋供热管道工程技术规程》(CJJ/T 81-2013)虽然补充了大口径管道相关的技术参数,但并没有进行具体实验验证,管件在实际运行中所受综合应力,实际的运行参数并不知,缺少功能完善的大口径直埋供热管道实验平台进行实验验证,要求设计者采用更为合理、全面的受力设计方法。本文结合经典土压力理论与板壳理论,将大口径直埋热水管道简化成薄壁壳进行分析研究,确立更切合理论实际受力的管道承载覆土压力及管底土反力模型,建立直埋热水管道流动与传热过程水力、热力、流动场耦合作用数学计算模型。进而以“L”型管网为例,考虑管件受土压、内压、受热以及管件内有介质流动的综合工况,对比不同的敷设方式(直埋敷设、地沟敷设),利用弹塑性力学、理论力学、材料力学、热力学、流体力学和传热学等理论建立完善的管网系统介质流动与传热过程多场耦合作用下的数值计算模型,并确定相应的定解条件进行多载荷加载计算。其次结合现代计算机仿真技术,考虑管土之间相互作用,管内高温高压热质流固热耦合作用,以及管件保温层管壁之间热膨胀等现象,探究流场、温度场、应力场等多场条件下的耦合关系。深入研究不同敷设条件下,各载荷单独加载、共同加载等不同工况下,管网整体及局部关键部件的应力分布及结构变形分布特性。着重对比管网处于锚固段以及不同端侧位移释放工况下,端侧位移载荷对管网的影响特性。同时建立功能完善的大口径直埋供热管道受力分析综合实验平台,进行大口径直埋供热管道的热力过程测试,获得直埋供热管道热力过程的力学参数和热力参数,对数值模型进行分析验证。本研究为大口径供热管网设计及实际工程施工提供理论、技术支持,具有重要的科学意义和应用价值。