夹砂玻璃钢管道结构计算书

夹砂玻璃钢管道结构计算书（参照JC/T838-1998）DN1800SN7500一、基本条件管道内径DN1800设计刚度值SN7500N/m2设计工作压力Pw=0..25Mpa管区铺设深度处原土材料与回填材料的土壤条件：回填土比重γs=18500N/m3最大覆土深度（管顶）H=4m最小覆土深度（管顶）H=2车辆载荷0弹性模量E=26830Mpa应力基准HDB=80Mpa管区回填土反作用模量E/b=6.9Mpa管道标高处原土反作用模量E/n=10.3Mpa二、安装条件污水收集排放，粘土砂石基础，基床整平后铺设150-200mm厚的砂垫层，再用砂子或原土回填至管区90%高度，夯实至90%葡氏密度。三、管道结构1、管道的公称直径DN=1800mm2、管道壁厚33内衬层tL=1.5结构层t=3外表层t/=0.2四、设计计算1、根据HDB和管道尺寸计算PC按应力基准计算：HDB2t802×31.6PC≤ × = ×=153(MPa)FSD1.81831.6设计压力等级PC=0.25Mpa则0..25Mpa〈1..53Mpa计算结果符合设计规范要求2、校验工作压力管材的压力等级应大于或等于系统的工作压力，即PC〉PW0..25MPa≥0..25Mpa，合格。3、校验波动压力Ps管材的压力等级应大于等于输水管系统中工作压力和波动压力相加后的最大压力被1.4所除得的值，即：PW+PC0..25+0PC≥= =0.18(MPa)1.41.40..25MPa≥0.18Mpa校核结果符合设计要求。4、由环弯曲计算许用挠曲度△ya由管体最大许用长期垂直挠曲引起的环弯曲应力应不大于经设计系数折算的管长期环弯曲应变能力，则需保证△yattSbEδb=Df×E ×≤ DDFS管材刚度等级为7500N/㎡，管区回填材料的压实程度为中等：取Df=4.5取Sb=0.012Fs=1.5（详见JC/T838-1998标准附录D表D-1）Tt=31△△ya≤Sb·D20.012×1831..62 ==188.7(mm)FS·Df·tt1.5×4.5×31..6另外还应满足△ya≤5%D=91.85(mm)取二者中较小者△ya≤91.58(mm)5、确定土壤载荷WC和活动载荷WL5.1、WC可认为放置在管体上面的矩形土壤块的重量就是作用在管子上的垂直土壤载荷，土壤块的高度应等于覆盖深度，宽度等于管外径。WC=γS·H当H=2m时，WC=18500×2=37000当H=4m时，WC=18500×4=74000N/㎡5.2、作用于管上的活载荷WL下列计算假定在一条有4条车道，每条车道宽为3.7米的路面上有一辆100吨挂车在路中央行驶，轮载为61250N，管体可能与挂车的行进方向垂直或平行，或任一中间位置，其他设计挂车载荷应根据项目需要和当地惯例确定。考虑有100计算L1，与卡车行进方向平行的荷载宽度，见图D-1L1=0.25+1.75H=12.5m计算L2，与卡车行进方向垂直的载荷宽度，见图D-2当H≥0.L2=(13.31+1.75H)/8=3.2If=1.1WL均按较大值考虑WL=P*If/(L1*L2)=61250×1.1/(12.5×3.2)=1684.3(N/㎡)若没有或载荷，则WL=06、计算土壤反作用组合模量E/中等压实E/b=6.9Mpa,E/n=10.3MpaE/n/E/b=1.49取Bd/D=1.5得SC=1.3E/=1.3×6.9=8.97（MPa）7、校验挠曲预测值：△y/D埋置管的安装方式应确保外载荷引起的管体垂直直径减少量的长期值不超过最大许用挠曲值（△ya/D），即：△y△ya ≤DD△yDLWC+WL其中= ×KX×100%D8EI+0.061E/D3DL=1.5(>1.0),设管底有均匀的基础支撑，KX=0.083EIEt3SN= ==7500N/㎡D312D3当H=2m时△y1.5×37000+0 = ×0.083=0.75﹪D8×7500+0.061×8.97×106△ya因为 =5﹪D所以满足△y△ya ≤DD当H=4m时△y1.5×74000+0 = ×0.083×100%=1.5﹪D8×7500+0.061×8.97×106△ya =5﹪D所以满足△y△ya ≤DD校核结果满足要求。8、校验组合载荷因内部水压力和挠曲产生的最大组合应力或应变值应满足下列方程：应力基准：δpr1-δbγc/Sb·E ≤ FSpr=1.8HDBFSprδbγc1-δpr/HDB ≤FSb=1.5Sb·EFSbPW·D0..25×1831.6其中：δpr= = =7.25(MPa)2t2×31.6Df×E×δd×tt4.5×26830×91.58×31.6δb==D21831.62=104.15(Mpa)其中：△b=0.05DDf=4.5PW0.25γc=1- =1- =0.92(MPa)3δpr7.25则； = =0.091HDB801-δbγc/Sb·E1-104.15×0.92/0.012×26830 = =0.39FSpr1.8即：0.091<0.39δpr1-δbγc/Sb·E 满足： ≤HDBFSprδbγc104.15×0.92 = =0.30Sb·E0.012×268301-δpr/HDB1-7.25/80 = =0.61FSb1.5即：0.29<0.61δbγc1-δpr/HDB满足：≤Sb·EFSb校核结果满足设计要求。9、校验屈曲地下埋设的管道将承受垂直载荷，地下水的静压力及内部真空共同组成的径向外载荷作用。各种外部载荷之和应小于等于许用屈曲应力qaqa=1/Fs32RwB/E/EI/D3Fs=2.5Rw=1-0.33×hw/H地下水位hw=0时当H=2m和4mRw=1-0.33×0/0.8（4.5）=1当H=2m时1B/= =0.231+4e-0.213×2当H=4m时1B/= =0.371+4e-0.213×7在管内有真空压力，且1.2<H≤24m时，下面公式有效。当H=4m时，qa=1/2.532×1×0.37×8.97×0.008=0.26Mpa在管内真空压力，且0.61<H<1.2m时，用VonMises公式2Ett2n2-1-Vhl8EIqa=（ ）+（n2-1+ ）｛｝D(n2-1)(1+k)21+kD3（1-(Vhl)(Vlh)）取n=4Vhl=0.3Vlh=0.13L=12mK=（2NL/πD）2=（2×4×12/π×1.8361）2=1397.92×26830×34.12×42-1-0.38×0.008qa=+｛42-1+｝×1.8361×(42-1)×(1+895.06)21+895.06(1-0.3×0.13)1.83613=0.96Mpa标准条件下的管道，通过下式满足屈曲条件：γwhw+RwWc+Pv≤qaPv管内真空压力：Pv=0.05Mpa在某些情况下，还需考虑活载荷，然而活动载荷瞬时负压载荷通常不必同时考虑，因此考虑活载荷时，由下式满足屈曲条件：当H=2m因此：γwhw+RwWc+Pv=1×0+1×0.034+0.05=0.085Mpa0.085Mpa<qa=0.96Mpa当H=4m时，Rw=1γwhw+RwWc+Pv=1×0+1×0..74+0.05=0.79Mpa0.79Mpa≤qa=0.96Mpaγwhw+RwWc+WL=1×0+1×0.085+0=0.74Mpa0.74Mpa≤qa=0.96Mpa校核结果满足设计要求。备注：其它规格的玻璃夹砂管道结构计算方法同上。

结构设计计算书（DN1000夹砂管道）设计条件管道直径DN：1000工作压力Pw：0.8Mpa波动压力Ps：0.03Mpa设计压力等级Pc:0..8Mpa真空负压Pv：0.05Mpa覆土深度H：最大3m，最小0.地表活载荷：无均布载荷：无安装参数安装严格按新大玻璃钢公司安装规范及《CECS129:2001玻璃钢夹砂管道及验收规范》相应条款执行。管区回填说明：原粉状土回填，中等夯实，密实度大于90%葡氏密度。管区回填土反作用模量E:4.0Mpa管道标高处原土反作用模量E:原土为粉状土,密实程度为松到轻微压实，反作用模量为10.5~21.3Mpa，取保守值10.5Mpa。注：土壤参数根据招标文件中提供，并参考JC/T838-1998《玻璃纤维缠绕增强热固性树脂夹砂压力管》附录D确定。3、管材性能管壁总厚度tt:16..2mm内衬层厚度t：1.5mm外保护层厚度：0.2mm结构层厚度tL：14.5管壁中径Do：1014.5管道环向拉伸弹性模量Eθ：13584.69Mpa管道环弯曲弹性模量Ey：13427.6Mpa内水压短时环向失效压力δθ：179.32Mpa静水压设计基准HDB：8‰（应变基准）长期环弯曲强度基准Sb:12‰(应变基准)强度安全系数k：6应力基准：HDB=80Mpa管道结构计算：2δ2δθttPwDo内压安全系数：K=——22×179.32×14.50.8×1014.5=——=8.54>6满足内压壁厚要求2×13584.69×14.52×13584.69×14.51014.58‰1.82EθtLDoHDBFSprPc=08<——×——=——×——=1.72Mpa(3)检验工作压力：管材的压力等级应大于或等于系统的工作压力：即Pc≥Pw1.72Mpa≥0.8Mpa(4)校验波动压力：0.6+0.31.4Pw+Ps1.4管材的压力等级应大于等于输水管系统中工作压力和波动压力相加后的最大压力被1.4所除得的值：即P0.6+0.31.4Pw+Ps1.40.8+0.031.465Mpa≥—=0.590.8+0.031.4∑EI∑EID03StiF=—=5589Pa>5000Pa注：用有限元计算机数值模拟方法进行铺层设计由环弯曲计算许用挠度△Ya△YaDoSb△YaDoSbFSbttDoδb=Df[——]·[—]≤—式中：δb挠曲引起的最大环向应变；Ya管道最大许用长垂直挠曲；12‰×1014.521.512‰×1014.521.5×5×14.5Sb·Do2FSb·Df·tt则：△Ya≤——=——=113.5△△YaDo又：—≤5%即：△Ya≤50.7径向长期挠曲变形计算埋地管的安装方式应确保外载荷引起的管道垂直直径减少量的长期值不超过前面计算的最大许用挠曲值。计算管顶垂直土壤载荷Wc可认为放置在管体上面的矩形土壤块的重量就是作用在管上的垂直载荷，土壤块的高度应等于覆盖深度，宽度等于管外径。Wc=h当H=0.8m时Wc=18000当H=3m时Wc=18000×3=54000N/m2计算管顶活动载荷PIfL1PIfL1×L2WL=———— 其中：L1与汽车行进方向平行的载荷宽度当H=0.8m时，L1=0.25+1.75H=1.65当H=3m时，L1=0.25+1.75H=L2与汽车行进方向垂直载荷宽度因为H≥0.76m所以当H=0.8m时，L2=（13.31+1.75H）/8=1.84当H=3m时，L2=（13.31+1.75H）/8=130000×1.11.65×1.84PIfL1×L2If为冲击系数，若H≥0.91m130000×1.11.65×1.84PIfL1×L2当H=0.8m时WL=——=——=47101.45N/m2130000×130000×1.15.5×2.32PIfL1×L2当H=3m时WL=——=——=11206.9N/m2(3)均布载荷：1.0t/m2=9800N/m2由于均布载荷的影响均小于冲击载荷的影响，故仅考虑冲击载荷的影响。计算土壤的反作用组合模量：=Sc·中等压实粘性土=4.0Mpa=10.5MpaBdDBdD因为——=2.625—=2得Sc=1.45则：=Sc·Eb=1.45×4=5.8Mpa6、检验挠曲预测值：△Y/D△YaD△YD（DLWc+W△YaD△YD（DLWc+WL）8EI/D3+0.061△YD其中—=———×Kx×100%Et312D3EID3取DEt312D3EID3SN=—=—=5000N/m2(1.5×(1.5×14400+2×47101.5)×0.0838×5000+0.061×5.8×106△YDH=0.8m时，—=———=2.44%△YD△YD△YaD△YaD—=5%所以满足—≤—(1.5×54000+2(1.5×54000+2×11206.9)×0.0838×5000+0.061×5.8×106△YD—=———=2.48%△Ya△YaD△YD△YaD—=5%所以满足—≤—7、校验组合载荷：固内部水压力和挠曲产生的最大组合应力或应变应满足下列方程：1-δYc/S1-δYc/SbEFSprδprHDB—≤——FSpr=1.81-δ1-δpr/HDBFSbδb·ycSbE—≤——FSb=1.50.800.80×1014.52×14.5PwD2t其中：δpr=—=—=27.98MpaDDf·Ey·δt·ttD2δb=———=52.75Mpa0.80.83Pw3Yc=1-——=1-——=0.73Mpa27.988027.9880δprHDB则：——=————=0.351-52.751-52.75×0.8/0.012×13427.61.81-δbYc/SbFFSpr——=———=0.431-δ1-δbYc/SbFFSprδPrHDB满足：—≤——52.75×0.852.75×0.80.012×13427.6δbYcδb·E—=——=0.231-27.981-27.98/801.51-δPr/HDBFsb——=——=0.38δbYcδδbYcδb·E1-δPr/HDBFsb校核结果满足设计要求。8、校验屈曲：地下埋设的管道，将会承受垂直载荷，地下水的静压力及内部真空共同组成的经向外载荷作用，要求条件外部载荷之和度小于等于需用屈曲应力1FsEID3qa=—32Rw1FsEID3的设计系数：Fs=2.5水浮力系数Rw=1-0.33×hw/HH=0.8m时hw=0Rw=1H=3m时hw=0Rw=111+411+4e-0.213H11+4e-0.213×0.811+4e-0.213×0.8当H=0.8mm时，=————————=0.2311+411+4e-0.213×3当H=3m时，=————