HDPE双壁波纹管最大覆土厚度的研究.pdf

Sichuan Building Materials Vol 41 No 2 April 2015 第41卷第2期 2015年4月 HDPE 双壁波纹管最大覆土厚度的研究 肖开冬 重庆市市政设计研究院 重庆 400020 作者简介 肖开冬 1984 男 江苏泰兴人 硕士研究生 工程师 主 要从事市政给排水设计工作 摘 要 HDPE 双壁波纹管敷设于地下时受外压荷载的 影响 易产生变形 为保证变形率小于 5 利用环刚度的 计算方法推导最大覆土厚度 并举例计算出环刚度为 SN4 4 kN m2 SN8 8 kN m2 时的最大覆土厚度 为设计提供 依据 关键词 HDPE 环刚度 最大覆土厚度 中图分类号 TU992 24文献标志码 A 文章编号 1672 4011 2015 02 0077 02 DOI 10 3969 j issn 1672 4011 2015 02 038 Study on the Maximum Covering Soil Thickness of HDPE Double wall Corrugated Pipe XIAO Kaidong ChongQing Municipal Designing Research Institute Chongqing 400020 China Abstract HDPE double wall corrugated pipe buried in the ground is easy to produce deformation by external pressure load The maximum thickness of overlying soil is deduced by the ring stiffness calculation method under the condition of deforma tion rate less than 5 To provide basis for design the paper give an example of calculate the maximum thickness of overlying soil when the ring stiffness is SN4 4 kN m2 and SN8 8 kN m2 Key words HDPE ring stiffness maximum covering soil thickness 0 前 言 HDPE 双壁波纹管最大覆土厚度取决于环刚度 管径等 因素 其中环刚度是主要因素 环刚度又名环向弯曲刚度 是指管道抵抗环向变形的能力 是埋地塑料排水管的关键 性能 为了保证塑料埋地排水管在外压荷载下安全工作 环刚度的选择是设计中的关键 如果管材的环刚度太小 管材可能发生过大变形或出现压屈失稳破坏 反之 如果 环刚度选择得太高 必然采用过大的截面惯性矩 将造成 用材太多 成本过高 1 1 最大覆土厚度的计算原理 管道的最大覆土厚度主要取决于管道外压荷载 由于 外压荷载比较复杂 按其性质可分为永久作用和可变作用 两类 2 其中永久作用荷载主要包括土壤压力 竖向和侧 向 等 可变作用荷载主要包括地面荷载 堆积荷载和车辆 荷载 等 HDPE 双壁波纹管在永久荷载和可变荷载组合作用下 的最大竖向变形可按下式计算 3 Wd max DL Kd Fsv k qqvkD0 8Sp 0 061Ed 1 式中 Wd max 管道在组合荷载作用下的最大竖向变形 m DL 变形滞后效应系数 可根据管道胸腔回填密实度 取 1 2 1 5 Kd 管道变形系数 根据管道敷设基础中心角2 按表 1 选用 Fsv k 每延米长管道管顶的竖向土压力标准值 kN m q 可变荷载准永久值系数 取 0 5 qvk 车辆荷载传递到管顶处的竖向压力标准值 kN m2 D0 管道的计算直径 m Sp 管材的环刚度 kN m2 Ed 管侧土的综合变形模量 kN m2 由试验确定 当 无试验资料时 可按 CECS 164 2004 埋地聚乙烯 排水管管道工程技术规程 附录 C 计算 表 1管道变形系数 Kd 敷设基础中心角 2 20 45 60 90 120 150 变形系数 Kd0 1090 1050 1020 0960 0890 083 不同管顶覆土厚度下每延米长管道管顶的竖向土压力 标准值 可按下式计算 Fsv k sHsD0 2 式中 s 回填土的重力密度 可取 18 kN m2 Hs 管顶至设计地面的覆土高度 m 作用在管道上的可变 地面车辆荷载或地面堆积荷载 标准值可参照 06MS201 2 市政排水管道工程管道结构设 计规范 第 10 页表 4 埋地聚乙烯排水管道在外压力作用下 其竖向直径的 变形率应小于管道直径允许变形率 5 4 即 W d max D0 5 否则管道及管道接口易破坏 导致渗水 影响路基 的安全 因此 由式 1 2 可得 DLKd sHs qqvk 8Sp 0 061Ed 3 即 Hs 1 rs 0 05 8Sp 0 061Ed DLKd qqvk 4 2 最大覆土厚度的计算 2 1 算 例 由设计地面开槽施工的 HDPE 雨水重力管道埋设于车 辆荷载为城 A 级的车行道下 管道敷设基础中心角 2 90 基槽开挖坡度为 1 0 25 管侧采用粗砂回填 压实度 95 沟槽两侧回填采用最大粒径小于 40 mm 的砂砾石 回填 压实度 90 砂垫层厚度及槽底每侧工作宽度详 下转第 80 页 77 Sichuan Building Materials Vol 41 No 2 April 2015 第41卷第2期 2015年4月 表 8各 Pushover 工况下的性能点 Pushover 工况X 正方向X 负方向Y 正方向Y 负方向 基底剪力 V kN 7 382 47 715 15 738 95 512 6 顶点位移 D mm 48 846 745 842 5 从表 8 可知 X Y 方向性能点对应的结构顶层位移最 大值分别为 48 8 45 8 mm 顶点位移与结构总高度的比 值分别为 1 337 1 359 远小于 规范 要求的 1 50 表 9各 Pushover 工况下的最大层间位移角 Pushover 工况X 正方向X 负方向Y 正方向Y 负方向 最大层间位移角1 2221 2281 2331 239 从表 9 可知 X Y 方向性能点对应的结构最大层间位 移角分别为 1 222 1 233 远小于 规范 要求的 1 50 表 10各 Pushover 工况下的性能点对应的塑性铰发展情况 Pushover 工况塑性铰总量 A to IO 铰 数量 IO to LS 铰 数量 X 正方向 梁铰324255 79 69 21 柱铰186186 100 0 0 X 负方向 梁铰324258 80 66 20 柱铰186186 100 0 0 Y 正方向 梁铰324271 84 53 16 柱铰186186 100 0 0 Y 负方向 梁铰324218 67 105 33 柱铰186186 100 0 0 从表 10 中可以看出 结构在各性能点处的塑性铰发展 情况 框架柱没有铰屈服 框架梁部分铰进入屈服 但其 能力水平均为 生命安全 3 结语与展望 本文对屈曲约束支撑钢筋混凝土框架结构的实例工程 进行弹塑性分析 无论从弹塑性时程分析结果还是 Pushover 分析结果来看 该结构均有较好的抗震性能 结构有较理 想的屈服机制 先是有部分框架梁进入屈服 接着部分屈 曲约束支撑开始屈服 同时更多的框架梁进入屈服 最后 少量框架柱开始屈服 形成了 强柱弱梁 的屈服机制 且 支撑与框架起到了二道防线的作用 罕遇地震作用下 结 构的抗倒塌能力较强 最大顶点位移与结构总高度的比值及 最大层间位移均远小于 规范 限值 本文仅对屈曲约束支撑钢筋混凝土框架结构的抗震性 能做了分析 未对其经济性进行分析 接下来希望对其经 济性进行全面考察 以作为推广使用这一结构形式的较充 分的依据 ID 001837 参 考 文 献 1 清华大学 西南交通大学 北京交通大学土木工程结构专家组 汶川地震建筑震害分析 J 建筑结构学报 2008 29 4 1 9 2 吴振波 周献祥 谢伟 等 汶川地震建筑震害调查统计与抗震 设计思考 J 建筑结构 2010 40 S1 144 148 3 北京金土木软件技术有限公司 中国建筑标准设计研究院 SAP2000 中文版使用指南 M 北京 人民交通出版社 2006 4 高向宇 张慧 杜海燕 等 国标 Q235 热轧钢材防屈曲支撑抗 震性能试验研究 J 建筑结构 2008 38 3 91 95 5 GB50011 2010建筑抗震设计规范 S 上接第 77 页 见表 2 表 2砂垫层厚度及槽底每侧工作宽度mm 直径300400500600800 外径346464575697932 砂垫层厚度150150150200200 管槽底每侧工作宽度300300300400400 2 2 最大覆土厚度 根据 2 1 算例的介绍 经计算 HDPE 双壁波纹管不同 管径对应的 Ed值详见表 3 变形滞后效应系数 DL取 1 5 管道变形系数 Kd 0 096 表 3不同管径时管侧土的综合变形模量 管径 mmD300D400D500D600D800 Ed kN m2 6 2796 0685 9125 9815 808 图 1 不同管径对应的最大覆土厚度 设计中 HDPE 双壁波纹管常用的环刚度有 SN4 4 kN m2 SN8 8 kN m2 等系列 经计算 环刚度为 SN4 SN8 时不同管径的最大覆土厚度详见图 1 由图 1 可以看出 环刚度相同时 管径越大 最大覆 土厚度基本呈下降的趋势 管径相同时 环刚度越大 最 大覆土厚度越大 两种环刚度对应的最大覆土厚度相差约 0 7 m 3 结 论 从理论上计算出 D300 D800 HDPE 双壁波纹管不同环 刚度对应的最大覆土厚度 在保证市政排水管道安全可靠 前提条件下 选定管道环刚度时 为排水管道