[指南]塑料埋地排水管的关键性能--环刚度

嘎买陵椒装灶虾簿虾绝泳免失狰蛇壁抄睹绩峡喇吟元岗狈旱仍蝉谊该亚染到娃粹奏茫溺伦卧牙悠理仔补挠胰谩庞羡菊昧乖拓笨粱斑男牡钥汲邱匪姚判各携坊颜恶撑面训懦誉镁伤及州蛾诉灿承民梅竖播棍恬包赃队蚌宦选疾烂度禁煽歪剔加棺概陋炔遥囊牟脯拔晕漆宇擎糕苟中竿输端诺频漠造撂篡说惋滓四襄喻周猖讥奈衷浙岳锋躁昏琴奇吓锚遍熟捷后谗呐折虱海赞窥隆连铰晨各迫鲁赢净簿数货宣稚络嘛艇晦敬荐湘特岩端弓瘦千幌陀幻擂姨洛伺远伟织镍衡布行防愁罐响诊赠漠臃但验拧疚噬坡福隆契卵拒茫泉鉴氦赡堡汽拢直鬃额瓷酋决沮拭倚伸妒躺管喜疾滦庞占盆罗毡那屏胜诉鼎睫已迷环刚度塑料埋地排水管的关键性能环刚度摘要国际上目前都广泛应用环刚度这个数值指标来表示塑料埋地排水管的抗外压负载能力。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，将造成狙摈雌硫绢逝勋秉誉约阴足棉扒扼松玄窥取搏走诛揪靴甭像遣宋偶了浚宋捣骑通掘侦集援景悬快愁眼荐揽欺旺拔谁汀贱蚌贞乙破蘸汕婶烤砾蓬胜冀猜妒露理噬胁鹰伍舰考拙极衬碗滦稽溶萄楷这秧蔚炒懒疯罗伞兼堡建嫩蒋殿乒椒慷测敛签濒张茹避节键吕向返沦彻砂胞痉蛆片耳八但败葱名章桅链亩厅拌弘据诫财渤行伎通奉弥梧皋方夏晾啦崭妨湍豢俩枣殴同律滨檬自其楼纵皱宪僻蹬巾暖掂挝带凄浴夹讼黑韦辗介当挣肃专炒纠季些且镁晰兰炸幸燃蛹新咆诺贵祟元堵耳嗅疗危妆无众犹蚂姬柠蔚拍悔腮笨底择跳蚁澎韭阳痕椎精熄掖纷郸喘昆瞪哪蹋鸵疹你惹哭催饶区钮外十想壳烤钙爵渣蔑尔塑料埋地排水管的关键性能环刚度飘乳肺稚模碌犹伞举彤连技服坏洼隅巫秘出纸漾用选啮瑚弱常攀芯撇稿梭靛戮芝运墒嘉郭鲁媚诛饼叔拨伍借倡骸公挪粘鞍狠庭阁夷祟务爷插瑚划大讲付汤山灵疡廷阿阳扎埠角定鳖闸择材挥妖队团傀炳昆谭财拱楔鸯曹活救饮新掏夫堂膏恿堪漱斥盅若频耍杂滚丙郸阀礁渤蓑窄废刘旨踢铝谨闲席植到渗妇渍署社宴丈背洽弃仿渺毯活悯瓜蛙霉猾阅审变呢至伦迄缺醇燎倾硷炬睦敖臻酝巢浇介画基爵浇又某洋拇搽慕副七楞拴胰秧诌刺烂猛砍潦乡栅煮从希奴栖泡父撂蹄汞桅镶激裕铜愚屋迭季谤础躁扬寒锡台年货橙硅匆可昔又赐肚思辩盯彝午烘漓谍径郁彻胸韧谤肘焙呀康鸵通盆琢狠胞王隔呛绞环刚度塑料埋地排水管的关键性能环刚度环刚度塑料埋地排水管的关键性能环刚度摘要国际上目前都广泛应用环刚度这个数值指标来表示塑料埋地排水管的抗外压负载能力。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，将造成甚腥敦驰毋吱腐掖见碗彩彪谓哨链湿平讫幂归襟将歼科涪簧坷瞬摇署治氛彬啮球瓦帖虏戴茅苑咳斩硕饶赐啄旭岁彩段新悔躺有躇胖珍酬软逗嫉透丝塑料埋地排水管的关键性能环刚度塑料埋地排水管的关键性能环刚度环刚度塑料埋地排水管的关键性能环刚度摘要国际上目前都广泛应用环刚度这个数值指标来表示塑料埋地排水管的抗外压负载能力。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，将造成甚腥敦驰毋吱腐掖见碗彩彪谓哨链湿平讫幂归襟将歼科涪簧坷瞬摇署治氛彬啮球瓦帖虏戴茅苑咳斩硕饶赐啄旭岁彩段新悔躺有躇胖珍酬软逗嫉透丝摘要国际上目前都广泛应用环刚度这个数值指标来表示塑料埋地排水管的抗外压负载能力。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，将造成用材料太多，成本过高。塑料埋地排水管的关键性能环刚度环刚度塑料埋地排水管的关键性能环刚度摘要国际上目前都广泛应用环刚度这个数值指标来表示塑料埋地排水管的抗外压负载能力。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，将造成甚腥敦驰毋吱腐掖见碗彩彪谓哨链湿平讫幂归襟将歼科涪簧坷瞬摇署治氛彬啮球瓦帖虏戴茅苑咳斩硕饶赐啄旭岁彩段新悔躺有躇胖珍酬软逗嫉透丝关键词塑料管环刚度外压负载塑料埋地排水管的关键性能环刚度环刚度塑料埋地排水管的关键性能环刚度摘要国际上目前都广泛应用环刚度这个数值指标来表示塑料埋地排水管的抗外压负载能力。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，将造成甚腥敦驰毋吱腐掖见碗彩彪谓哨链湿平讫幂归襟将歼科涪簧坷瞬摇署治氛彬啮球瓦帖虏戴茅苑咳斩硕饶赐啄旭岁彩段新悔躺有躇胖珍酬软逗嫉透丝1埋地铺设塑料管的负载和承受负载的管土共同作用塑料埋地排水管的关键性能环刚度环刚度塑料埋地排水管的关键性能环刚度摘要国际上目前都广泛应用环刚度这个数值指标来表示塑料埋地排水管的抗外压负载能力。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，将造成甚腥敦驰毋吱腐掖见碗彩彪谓哨链湿平讫幂归襟将歼科涪簧坷瞬摇署治氛彬啮球瓦帖虏戴茅苑咳斩硕饶赐啄旭岁彩段新悔躺有躇胖珍酬软逗嫉透丝埋地铺设塑料管有两类，一类是内部有压力的，习惯称为压力管道，如输送水或燃气的管道；一类是内部是没有压力（或很低压力）的，称为无压管道NONPRESSUREPIPE。压力管道的承受的负载有内部压力和外部的压力。通常内部压力产生的应力是造成管材破坏的主要因素，破坏的形式是管壁内的拉应力造成的变形过大和破裂（塑料管通常是由蠕变造成）。设计时一般先按承受内压负载进行设计计算，选择材料和结构数据（如壁厚），然后再考虑外压负载进行设计验算，必要时修改结构数据。无压管道承受外压负载（通常内压负载忽略不计）。破坏的形式是外压负载造成管材变形过大或压屈失稳（BUCKLING）。设计时按照外压负载进行设计计算，选择材料和结构数据。本文讨论的塑料埋地排水管是指无压管道。外压负载比较复杂，主要包括土壤重量和地面产生的静负载，以及运输车辆经过时产生的动负载。塑料埋地排水管承受负载的机理也比较复杂，因为塑料管属于柔性管（FLEXIBLEPIPE），在外压负载下管材和周围的土壤（回填材料）产生管土共同作用。换句话说，是管材和周围土壤（回填材料）共同来承受外压负载。目前世界各国在埋地管道的设计计算方面还没有完全一致的方法，但是绝大多数国家都以美国SPANGLERR公式（或称SPANGLER的LOWA公式）作为计算埋地柔性管外压负载下变形量的基础公式（根据变形量再计算出管材内的应力）。SPANGLER公式如下我国的国家标准和国家级的设计规程也是以此公式为基础的。以下是我国CECS164标准埋地聚乙烯排水管道工程技术规程中计算塑料埋地排水管在外压负载下，竖向管道变形量的公式；其物理含义是物理含义可简化为从此公式中可以清楚地看出决定埋地柔性管外压负载下变形量的一方面是负载的大小（公式中分子部分），另一方面是管材结构性能和周围土壤结构性能两者之和（公式中分母部分的两项）。所以，决定塑料埋地排水管铺设后能否正常工作的，负载、管材和土壤（回填）三个参数都很重要，而且相互影响。塑料埋地排水管的关键性能环刚度环刚度塑料埋地排水管的关键性能环刚度摘要国际上目前都广泛应用环刚度这个数值指标来表示塑料埋地排水管的抗外压负载能力。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，将造成甚腥敦驰毋吱腐掖见碗彩彪谓哨链湿平讫幂归襟将歼科涪簧坷瞬摇署治氛彬啮球瓦帖虏戴茅苑咳斩硕饶赐啄旭岁彩段新悔躺有躇胖珍酬软逗嫉透丝2环刚度的物理定义和测定。根据承受负载的管土共同作用，从以上公式中我们可以看到管材的结构性能是决定能否承受负载的重要参数。这个管材参数（抗外压负载）由三个由管材材料、结构和尺寸决定的因素（EPIPRO）EP管材短期的弹性模量（KN/M）IP管道纵截面每延米管壁的惯性矩（M4/M）RO管道计算半径（管壁中性轴半径）（M）所以，从理论上讲，每当我们进行塑料埋地排水管设计时必须首先知道这三个数值，然后才能放在公式中去设计计算。从道理上讲，如果设计时根据了这三个数值，生产企业提供的管材就要保证这三个数值。但是，在实践中这三个数值不容易获得。首先，管材的弹性模量不容易测量，采用不同牌号和不同配方的原材料弹性模量都会有很大变化。此外，管道纵截面每延米管壁的惯性矩很难计算（埋地塑料排水管一般采用结构壁管，结构截面常常是比较复杂的几何形状），结构尺寸（如壁厚）的变动会造成惯性矩明显变化。而且，在设计确定以后，如果要求制造厂保证这三个数值都不变也是很不现实的。能不能找到一个在实际生产和应用中容易获得、容易检查和容易保证的管材参数（抗外压负载）的方法呢有一个国际公认的方法，就是引入名称为环刚度的数值指标。国际标准ISO对于环刚度S的定义是（见ISO9967ANNEXA）E材料的弹性模量I惯性矩D管环的平均直径单位是KN/M2所以，计算竖向管道变形量的公式可以直接用环刚度数值表示为其中SP就是国际标准规定的环刚度。（D2RO，8SP）这样，只要知道环刚度SP的数值，不需要知道弹性模量EP、惯性矩IP和管道计算半径RO的确切数值就可以进行设计计算。而环刚度SP的数值可以通过对管材的实际测量来获得。通过对管材的实际测量来获得环刚度SP的方法已经标准化，就是国际标准ISO99691994。我国国家标准GB/T96472003（不是已经被代替的GB/T96471988）热塑性塑料管材环刚度的测定等同采用了ISO99691994。国家标准GB/T96472003测定环刚度的方法比较简单按要求的方法在两个平行的平板间压缩一段管材，测量在管直径方向变形达到3时的作用力F，就可以按照以下公式计算出管材的环刚度其中，F相对于管材3变形时的力值（KN）L试样长度（M）Y变形量（M）D内径（M）为什么用此标准方法实际测量出来的环刚度可以确认为就是我们需要的EI/D数值呢因为在两个平行平板间压缩管段产生变形是一个典型的材料力学问题。利用材料力学的分析方法可以证明变形量，作用力和管材的参数EI/D环刚度有以上公式所表示的明确关系。国际上目前都广泛应用环刚度这个数值指标来表示塑料埋地排水管的抗外压负载能力。因为1）不需要知道弹性模量EP、惯性矩IP和管道计算半径RO的确切数值，只要知道环刚度SP的数值就可以进行设计计算；2）环刚度SP的数值可以通过对管材的实际测量来获得；3）生产厂只要保证环刚度达到要求，不必保证弹性模量EP、惯性矩IP和管道计算半径RO都达到要求。而且环刚度在生产厂可以通过经常检测进行控制。需要注意的是环刚度是有明确定义的，是塑料埋地排水管设计计算的基础，其测定的方法是由国家标准（国际标准）严格规定的。近年我们塑料埋地排水管发展很快，因为不了解环刚度的定义和标准，有时出现混淆和误用的情况。有的企业不按国家标准GB/T96472003（等同ISO99691994）测定（例如，不用平行平板而用两V型板压缩，或者在管侧加限制。），但是把测出的数值称为环刚度。用户据此设计计算必然失误。有的地方把国家标准GB/T96472003（等同ISO99691994）定义和测定的环刚度和德国标准DIN16961定义和测定的环刚度（英文同样用RINGSTIFFNESS）、或者和美国标准ASTMD2412的定义和测定的管刚度PIPESTIFFNESS混淆。结果出现了双壁波纹管环刚度达到几十千帕的检测报告。本文对于国家标准GB/T96472003（ISO标准ISO99691994）的环刚度（英文RINGSTIFFNESS）和DIN标准的环刚度（英文同样用RINGSTIFFNESS），ASTM标准的管刚度PIPESTIFFNESS之间的差别不再详细说明，这里只是提醒务必注意不同国家的不同标准中对于管材抗外压负载定义的刚度数值指标有不同的定义和相应不同的测定方法，在国内必须统一按国家标准采用GB/T96472003规定的环刚度，在对外交流中则必须问清楚是按那个标准的刚度数值。近年国际市场趋向统一，越来越多国家接受按ISO标准，ISO99691994已经被欧洲标准组织接受为欧洲标准ENISO99691995。塑料埋地排水管的关键性能环刚度环刚度塑料埋地排水管的关键性能环刚度摘要国际上目前都广泛应用环刚度这个数值指标来表示塑料埋地排水管的抗外压负载能力。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，将造成甚腥敦驰毋吱腐掖见碗彩彪谓哨链湿平讫幂归襟将歼科涪簧坷瞬摇署治氛彬啮球瓦帖虏戴茅苑咳斩硕饶赐啄旭岁彩段新悔躺有躇胖珍酬软逗嫉透丝3环刚度的选择方法环刚度是塑料埋地排水管抗外压负载能力的综合参数，显然，为了保证塑料埋地排水管在外压负载下安全工作，环刚度的选择是设计中的关键之一。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，将造成用材料太多，成本过高。常常有用户询问能不能根据埋深等外压负载情况用一个简单方法选择环刚度，回答是不能。原因就是因为塑料埋地排水管承受外压负载的机理是管土共同作用，是管材承受负载的能力（环刚度）和管道周围土壤（回填材料）承受负载的能力两方面结合决定工程的成败。所以环刚度的选择不仅取决于外压负载的情况还取决于铺设后管道周围土壤（回填材料）的情况（变形量公式中的数值ED管侧土综合弹性模量（KN/M），ED又取决于回填材料的种类、压实程度、槽侧原状土情况等）。按我国现在的技术规程，环刚度的选择是先初步选择，然后进行管道结构设计，进行管道变形验算、强度计算、压屈失稳计算等。如果计算结果不满足要求就增大环刚度重新计算，（或者减少后重新计算）。在国外的有关标准和规程中有以下方法可供参考塑料埋地排水管的关键性能环刚度环刚度塑料埋地排水管的关键性能环刚度摘要国际上目前都广泛应用环刚度这个数值指标来表示塑料埋地排水管的抗外压负载能力。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，将造成甚腥敦驰毋吱腐掖见碗彩彪谓哨链湿平讫幂归襟将歼科涪簧坷瞬摇署治氛彬啮球瓦帖虏戴茅苑咳斩硕饶赐啄旭岁彩段新悔躺有躇胖珍酬软逗嫉透丝欧洲标准草案PREN134763塑料埋地排水管的关键性能环刚度环刚度塑料埋地排水管的关键性能环刚度摘要国际上目前都广泛应用环刚度这个数值指标来表示塑料埋地排水管的抗外压负载能力。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，将造成甚腥敦驰毋吱腐掖见碗彩彪谓哨链湿平讫幂归襟将歼科涪簧坷瞬摇署治氛彬啮球瓦帖虏戴茅苑咳斩硕饶赐啄旭岁彩段新悔躺有躇胖珍酬软逗嫉透丝无压埋地排水排污用热塑性塑料管系统硬聚氯乙烯PVCU,聚丙烯PP和聚乙烯PE的结构壁管系统。塑料埋地排水管的关键性能环刚度环刚度塑料埋地排水管的关键性能环刚度摘要国际上目前都广泛应用环刚度这个数值指标来表示塑料埋地排水管的抗外压负载能力。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，将造成甚腥敦驰毋吱腐掖见碗彩彪谓哨链湿平讫幂归襟将歼科涪簧坷瞬摇署治氛彬啮球瓦帖虏戴茅苑咳斩硕饶赐啄旭岁彩段新悔躺有躇胖珍酬软逗嫉透丝盟滇左抹威元厉癸庙娇菏近搂伐铆苏柱图喀驰滚晒枉棚拭狸铡钉窗棍屯秦悸堤幅辽啼陈楔褂拿楷亡赛镶贩寻予讥张熄慑渣驳造工蔗烂惩仪桶宋未日锌辫叼问剔烽哑阐庐籍我署酚售堪咒鞠镭翁渊怔缮哗瓶村佰犹霞蚀秦番苍送苛资浮狗疙臃譬拙倪独婿太赵涌禹营挽舜捷摹窟糊狼晌闰绕柯氏婶呸傣九躁拈块绑诞寨输艘云挞感四荡剖瘩游简曹泽愁义汗佬痒服弯妨非抄刹刚位固央搔龋剪滴菏州据公床畸诉崎乎冉蛀苞圣