玻璃鋼管道設(shè)計

1、玻璃鋼產(chǎn)品設(shè)計課程任務(wù)報告書項目四玻璃鋼管道設(shè)計復(fù)材141 第 11 組 項目負責(zé)人： 項目組成員：起止時間 ：2016.4.5-2016.4.15 指導(dǎo)老師 ：楊 娟綿陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料工程系 2015-2016 學(xué)年第 2學(xué)期玻璃鋼產(chǎn)品設(shè)計 課程任務(wù)書班級 復(fù)材141 部門（組） 第 11 組 任務(wù) 項目四 一、任務(wù)題目：任務(wù)一：根據(jù)已知設(shè)計條件，合理設(shè)計玻璃鋼架空管道。設(shè)計條件：管道內(nèi)徑d=200mm；工作壓力：pw=0.7Mpa；支撐架距離L=460cm；介質(zhì)密度：L=1.2t/m3；安全系數(shù)：K=10設(shè)計內(nèi)容：1. 合理選擇原材料；2. 設(shè)計管道生產(chǎn)壁厚； 3. 確定生產(chǎn)工藝方法。任

2、務(wù)二：根據(jù)已知條件，設(shè)計埋地夾砂管道。設(shè)計條件：管道直徑D=1400mm，埋深H=600mm，最大工作內(nèi)壓P=1.0Mpa，要求允許通過20t載重汽車?；靥钔翞椴痪o固砂質(zhì)粘土，其密度土=0.0019kg/ m3；基礎(chǔ)支撐角2=120°，在5%撓度下管的最小剛度等級大于2500Pa。管道結(jié)構(gòu)纏繞層的環(huán)向彈性模量E=20Gpa，環(huán)向強度b=330Mpa，強度設(shè)計安全系數(shù)取Kf=6，許用應(yīng)變=0.5%，容許徑向撓度=5%。設(shè)計內(nèi)容：確定管道的生產(chǎn)壁厚。二、任務(wù)內(nèi)容和要求：（1）內(nèi)容及要求：1. 通過查閱資料選擇玻璃鋼管道各層所用的原材料；2. 分析已知條件，初步確定管道壁厚；3. 選擇合適

3、的生產(chǎn)工藝方法，并確定相應(yīng)參數(shù)；（2）任務(wù)報告要求任務(wù)報告內(nèi)容包括封面、任務(wù)書、正文、總結(jié)（收獲體會）、參考文獻。任務(wù)報告統(tǒng)一用A4紙打印，版面邊距上空2.5cm，下空2cm，左空2.5cm，右空2cm；正文用宋體小四號字；頁碼底端居中，小五號字；行間距：固定值19磅。（3）進度要求：任務(wù)下達日期： 2016 年 4月 5 日任務(wù)完成日期： 2016 年 4月 15 日（4）其它要求 各組成員必須服從組長安排，積極配合、認真完成下達任務(wù)并按時提交任務(wù)報告。任務(wù)一：根據(jù)已知設(shè)計條件，合理設(shè)計玻璃鋼架空管道。設(shè)計條件：管道內(nèi)徑d=200mm；工作壓力：pw=0.7Mpa；支撐架距離L=460cm；

4、介質(zhì)密度：L=1.2t/m3；安全系數(shù)：K=10設(shè)計內(nèi)容：1. 合理選擇原材料；2. 設(shè)計管道生產(chǎn)壁厚； 3. 確定生產(chǎn)工藝方法。1. 合理選擇原材料根據(jù)價格與性質(zhì)選擇增強材料為E玻纖，基體材料選擇不飽和聚酯樹脂191井，其內(nèi)襯層選用乙烯基樹脂，以達到耐溫，耐酸堿的作用。2. 設(shè)計管道生產(chǎn)壁厚按環(huán)向強度計算管壁厚度 由表3-13取環(huán)向拉伸強度280MPa則環(huán)向許用應(yīng)力y=280/10。再由式（3-13）可求得管壁厚度。表3-13 纏繞聚酯玻璃鋼管物理力學(xué)性能項 目數(shù) 值項 目數(shù) 值密度/（g/ cm3）環(huán)向拉伸強度/MPa環(huán)向拉伸模量/MPa軸向拉伸強度/MPa軸向拉伸模量/MPa環(huán)向彎曲強度

5、/MPa環(huán)向彎曲模量/MPa軸向彎曲強度/MPa1.61.9230300(1.72.6) ×10485160(0.81.3) ×104130230(0.91.3) ×104100150軸向彎曲模量/MPa水壓失效應(yīng)力/MPa沖擊強度（J/ cm2）熱膨脹系數(shù)/cm/（cm.。C）導(dǎo)熱系數(shù)/w/（m.。C）吸水率/%巴氏硬度(0.81.1) ×10412023019.0(11.219.6) ×10-40.2670.240由內(nèi)壓引起的軸向應(yīng)力 x=Pw（D+t）/4t （3-4） =qL4/384ExI06.5mm （3-13）t=PwD/（2yP

6、w）=0.72×20/（2280/100.7）=0.253cm2.6mm初選玻璃鋼管壁厚為2.6mm。校核軸向強度 由表3-13查得玻璃鋼管軸向拉伸強度為85160MPa，取100MPa。則安全系數(shù)取10時，允許應(yīng)力為x=100/10=10MPa。按式（3-4）求出管壁厚，當(dāng)求得管壁厚大于2.5mm時，則應(yīng)增加管壁厚度。將 x=Pw（D+t）/4t變換為 t=PwD/（4x-Pw）代入數(shù)值得出 tx=0.7×20/（4×10-0.7）=14/39.3=0.36cm按軸向允許應(yīng)力求得玻璃鋼管壁厚為3.6mm，大于按環(huán)向應(yīng)力求得的壁厚，故管的厚度應(yīng)取3.6mm方為可靠

7、。剛度校核 當(dāng)管壁厚為3.6mm時，按簡支梁受均勻荷載計算，按式(3-14)求其最大撓度。管上的均勻荷載q等于玻璃鋼管自重(玻璃鋼的密度m=1.8t/ m3)加輸運介質(zhì)重。即滿足剛度條件。但根據(jù)玻璃鋼管最小壁厚要求，管壁厚最終確定為4.4mm。(2)埋地管結(jié)構(gòu)設(shè)計 埋地管所受荷載 埋地管承受的荷載有管道工作內(nèi)壓、回填土靜土壓和地面活荷載等。因管道內(nèi)壓與架空管相同，故這里只討論回填土靜土壓和地面活荷載。a.回填土引起的靜土壓 回填土對玻璃鋼管壁產(chǎn)生的壓力如圖3-5所示。其壓力與回填土的密度r，管道埋設(shè)深度Ho及埋管時控溝寬度有關(guān)?？捎谜采↗anssen)公式計算。即當(dāng)H200cmq=rH (3

8、-14)當(dāng)H200cm時，則q=CdrBd （3-15）式中 r回填土的密度，kg/ cm3；Bd標(biāo)準(zhǔn)溝的寬度； Cd一一由管溝類型條件決定的載荷系數(shù)。Cd的計算式如下。Cd=3（1-e-H/3-Bd） （3-16）式中 Bd為標(biāo)準(zhǔn)溝的寬度。基礎(chǔ)條件的種類和有效反作用力的支承角2a，如圖3-6所示。表3-15為管徑在200200mm范圍標(biāo)準(zhǔn)溝的寬度。表3-15 標(biāo)準(zhǔn)溝的寬度公稱直徑/mm200250300350400450500600700800標(biāo)準(zhǔn)溝寬度Bd/cm70808590100105110135145160公稱直徑/mm90010001100120013501500165018002

9、000標(biāo)準(zhǔn)溝寬度Bd/cm175185205220235255270290320當(dāng)r=0.0018kg /cm3、H=200cm時，回填土的垂直靜壓力為q=0.0018×200= 0.36kg/cm20.036MP。當(dāng)H200cm，而q的計算值小于0.036MPa時，則仍應(yīng)取q=0.036MPa。3. 確定生產(chǎn)工藝方法生產(chǎn)該管道采用纏繞工藝 (1)內(nèi)襯層制作；玻璃纖維環(huán)向和交叉纏繞，使用乙烯基附脂。（2）結(jié)構(gòu)層制作：并將纖維進行螺旋、環(huán)向組合方式鋪設(shè)，其螺旋方向纏繞承受軸向應(yīng)力、環(huán)向纏繞則承受環(huán)向應(yīng)力。 (3)外襯層制作：玻璃纖維環(huán)向和交叉纏繞。管道設(shè)計為10-12m長，以便運輸、安

10、裝。每根管道使用法蘭連接。任務(wù)二：根據(jù)已知條件，設(shè)計埋地夾砂管道。設(shè)計條件：管道直徑D=1400mm，埋深H=600mm，最大工作內(nèi)壓P=1.0Mpa，要求允許通過20t載重汽車?；靥钔翞椴痪o固砂質(zhì)粘土，其密度土=0.0019kg/ m3；基礎(chǔ)支撐角2=120°，在5%撓度下管的最小剛度等級大于2500Pa。管道結(jié)構(gòu)纏繞層的環(huán)向彈性模量E=20Gpa，環(huán)向強度b=330Mpa，強度設(shè)計安全系數(shù)取Kf=6，許用應(yīng)變=0.5%，容許徑向撓度=5%。設(shè)計內(nèi)容：確定管道的生產(chǎn)壁厚。解：靜土壓 由管的直徑，查表3-15可得標(biāo)準(zhǔn)溝寬Bd = 255cm由式(3-14)計算得到垂直靜土壓q=0.1

11、14kg/cm20.0114MPa動壓力 由表3-16查得20t載重汽車的后軸壓力為13t，則單邊雙輪組壓力為Pq=6500kg65kN由表3-16查得后輪著地寬度b=0.6m，著地長度a=0.2m；由表3-18查得汽車動力系數(shù)KD=1.05。則由式(3-17)計算得到一個雙輪組引起的動壓力為：qd=0.592kg/cm20.0592MPa由靜土壓和動荷載引起的組合環(huán)向彎矩由式(3-21)、式(3-22)、式(3-23)、式(3-26)可以計算出單位長度管壁沿環(huán)向各點的彎矩，其最大彎矩為Mmax=261kg.cm/cm2610N·mm/mm 由內(nèi)壓計算強度層的厚度 設(shè)夾砂管的纏繞結(jié)構(gòu)

12、層厚度為t1，樹脂夾砂層厚度為t0，內(nèi)襯層厚度取t1=2mm，總壁厚t0=t1+to十ti。計算時不考慮夾砂層和內(nèi)襯層的強度。y=pdm/2t1b/Kf其中 dm=D+tD。t1=1×1400 × 6/2×330=12.7mm 在內(nèi)壓和靜、動荷載組合條件下校核管壁的環(huán)向彎曲應(yīng)變管壁結(jié)構(gòu)如圖3-13所示，單位長度管壁的慣性矩I=（t1+t0）3-t03/12組合應(yīng)變： 代人已知參數(shù)，得夾砂層厚度：t0=7mm徑向撓度校核查表3-19和表3-20，得出土的被動阻力系數(shù) e=0.4kg/cm3基礎(chǔ)系數(shù) K=0. 09取變形滯后系數(shù) F=1. 5 r=D/2=70cm 總壁厚t=t1+t0+ti=12.7+