夾砂玻璃鋼管道結(jié)構(gòu)計(jì)算書

夾砂玻璃鋼管道結(jié)構(gòu)計(jì)算書（參照J(rèn)C/T838-1998）DN1800SN7500一、基本條件管道內(nèi)徑DN1800設(shè)計(jì)剛度值SN7500N/m2設(shè)計(jì)工作壓力Pw=0..25Mpa管區(qū)鋪設(shè)深度處原土材料與回填材料的土壤條件：回填土比重γs=18500N/m3最大覆土深度（管頂）H=4m最小覆土深度（管頂）H=2車輛載荷0彈性模量E=26830Mpa應(yīng)力基準(zhǔn)HDB=80Mpa管區(qū)回填土反作用模量E/b=6.9Mpa管道標(biāo)高處原土反作用模量E/n=10.3Mpa二、安裝條件污水收集排放，粘土砂石基礎(chǔ)，基床整平后鋪設(shè)150-200mm厚的砂墊層，再用砂子或原土回填至管區(qū)90%高度，夯實(shí)至90%葡氏密度。三、管道結(jié)構(gòu)1、管道的公稱直徑DN=1800mm2、管道壁厚33內(nèi)襯層tL=1.5結(jié)構(gòu)層t=3外表層t/=0.2四、設(shè)計(jì)計(jì)算1、根據(jù)HDB和管道尺寸計(jì)算PC按應(yīng)力基準(zhǔn)計(jì)算：HDB2t802×31.6PC≤ × = ×=153(MPa)FSD1.81831.6設(shè)計(jì)壓力等級(jí)PC=0.25Mpa則0..25Mpa〈1..53Mpa計(jì)算結(jié)果符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求2、校驗(yàn)工作壓力管材的壓力等級(jí)應(yīng)大于或等于系統(tǒng)的工作壓力，即PC〉PW0..25MPa≥0..25Mpa，合格。3、校驗(yàn)波動(dòng)壓力Ps管材的壓力等級(jí)應(yīng)大于等于輸水管系統(tǒng)中工作壓力和波動(dòng)壓力相加后的最大壓力被1.4所除得的值，即：PW+PC0..25+0PC≥= =0.18(MPa)1.41.40..25MPa≥0.18Mpa校核結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。4、由環(huán)彎曲計(jì)算許用撓曲度△ya由管體最大許用長期垂直撓曲引起的環(huán)彎曲應(yīng)力應(yīng)不大于經(jīng)設(shè)計(jì)系數(shù)折算的管長期環(huán)彎曲應(yīng)變能力，則需保證△yattSbEδb=Df×E ×≤ DDFS管材剛度等級(jí)為7500N/㎡，管區(qū)回填材料的壓實(shí)程度為中等：取Df=4.5取Sb=0.012Fs=1.5（詳見JC/T838-1998標(biāo)準(zhǔn)附錄D表D-1）Tt=31△△ya≤Sb·D20.012×1831..62 ==188.7(mm)FS·Df·tt1.5×4.5×31..6另外還應(yīng)滿足△ya≤5%D=91.85(mm)取二者中較小者△ya≤91.58(mm)5、確定土壤載荷WC和活動(dòng)載荷WL5.1、WC可認(rèn)為放置在管體上面的矩形土壤塊的重量就是作用在管子上的垂直土壤載荷，土壤塊的高度應(yīng)等于覆蓋深度，寬度等于管外徑。WC=γS·H當(dāng)H=2m時(shí)，WC=18500×2=37000當(dāng)H=4m時(shí)，WC=18500×4=74000N/㎡5.2、作用于管上的活載荷WL下列計(jì)算假定在一條有4條車道，每條車道寬為3.7米的路面上有一輛100噸掛車在路中央行駛，輪載為61250N，管體可能與掛車的行進(jìn)方向垂直或平行，或任一中間位置，其他設(shè)計(jì)掛車載荷應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目需要和當(dāng)?shù)貞T例確定?？紤]有100計(jì)算L1，與卡車行進(jìn)方向平行的荷載寬度，見圖D-1L1=0.25+1.75H=12.5m計(jì)算L2，與卡車行進(jìn)方向垂直的載荷寬度，見圖D-2當(dāng)H≥0.L2=(13.31+1.75H)/8=3.2If=1.1WL均按較大值考慮WL=P*If/(L1*L2)=61250×1.1/(12.5×3.2)=1684.3(N/㎡)若沒有或載荷，則WL=06、計(jì)算土壤反作用組合模量E/中等壓實(shí)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、校驗(yàn)撓曲預(yù)測值：△y/D埋置管的安裝方式應(yīng)確保外載荷引起的管體垂直直徑減少量的長期值不超過最大許用撓曲值（△ya/D），即：△y△ya ≤DD△yDLWC+WL其中= ×KX×100%D8EI+0.061E/D3DL=1.5(>1.0),設(shè)管底有均勻的基礎(chǔ)支撐，KX=0.083EIEt3SN= ==7500N/㎡D312D3當(dāng)H=2m時(shí)△y1.5×37000+0 = ×0.083=0.75﹪D8×7500+0.061×8.97×106△ya因?yàn)?=5﹪D所以滿足△y△ya ≤DD當(dāng)H=4m時(shí)△y1.5×74000+0 = ×0.083×100%=1.5﹪D8×7500+0.061×8.97×106△ya =5﹪D所以滿足△y△ya ≤DD校核結(jié)果滿足要求。8、校驗(yàn)組合載荷因內(nèi)部水壓力和撓曲產(chǎn)生的最大組合應(yīng)力或應(yīng)變值應(yīng)滿足下列方程：應(yīng)力基準(zhǔn)：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則； = =0.091HDB801-δbγc/Sb·E1-104.15×0.92/0.012×26830 = =0.39FSpr1.8即：0.091<0.39δpr1-δbγc/Sb·E 滿足： ≤HDBFSprδbγc104.15×0.92 = =0.30Sb·E0.012×268301-δpr/HDB1-7.25/80 = =0.61FSb1.5即：0.29<0.61δbγc1-δpr/HDB滿足：≤Sb·EFSb校核結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。9、校驗(yàn)屈曲地下埋設(shè)的管道將承受垂直載荷，地下水的靜壓力及內(nèi)部真空共同組成的徑向外載荷作用。各種外部載荷之和應(yīng)小于等于許用屈曲應(yīng)力qaqa=1/Fs32RwB/E/EI/D3Fs=2.5Rw=1-0.33×hw/H地下水位hw=0時(shí)當(dāng)H=2m和4mRw=1-0.33×0/0.8（4.5）=1當(dāng)H=2m時(shí)1B/= =0.231+4e-0.213×2當(dāng)H=4m時(shí)1B/= =0.371+4e-0.213×7在管內(nèi)有真空壓力，且1.2<H≤24m時(shí)，下面公式有效。當(dāng)H=4m時(shí)，qa=1/2.532×1×0.37×8.97×0.008=0.26Mpa在管內(nèi)真空壓力，且0.61<H<1.2m時(shí)，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標(biāo)準(zhǔn)條件下的管道，通過下式滿足屈曲條件：γwhw+RwWc+Pv≤qaPv管內(nèi)真空壓力：Pv=0.05Mpa在某些情況下，還需考慮活載荷，然而活動(dòng)載荷瞬時(shí)負(fù)壓載荷通常不必同時(shí)考慮，因此考慮活載荷時(shí)，由下式滿足屈曲條件：當(dāng)H=2m因此：γwhw+RwWc+Pv=1×0+1×0.034+0.05=0.085Mpa0.085Mpa<qa=0.96Mpa當(dāng)H=4m時(shí)，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校核結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。備注：其它規(guī)格的玻璃夾砂管道結(jié)構(gòu)計(jì)算方法同上。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書（DN1000夾砂管道）設(shè)計(jì)條件管道直徑DN：1000工作壓力Pw：0.8Mpa波動(dòng)壓力Ps：0.03Mpa設(shè)計(jì)壓力等級(jí)Pc:0..8Mpa真空負(fù)壓Pv：0.05Mpa覆土深度H：最大3m，最小0.地表活載荷：無均布載荷：無安裝參數(shù)安裝嚴(yán)格按新大玻璃鋼公司安裝規(guī)范及《CECS129:2001玻璃鋼夾砂管道及驗(yàn)收規(guī)范》相應(yīng)條款執(zhí)行。管區(qū)回填說明：原粉狀土回填，中等夯實(shí)，密實(shí)度大于90%葡氏密度。管區(qū)回填土反作用模量E:4.0Mpa管道標(biāo)高處原土反作用模量E:原土為粉狀土,密實(shí)程度為松到輕微壓實(shí)，反作用模量為10.5~21.3Mpa，取保守值10.5Mpa。注：土壤參數(shù)根據(jù)招標(biāo)文件中提供，并參考JC/T838-1998《玻璃纖維纏繞增強(qiáng)熱固性樹脂夾砂壓力管》附錄D確定。3、管材性能管壁總厚度tt:16..2mm內(nèi)襯層厚度t：1.5mm外保護(hù)層厚度：0.2mm結(jié)構(gòu)層厚度tL：14.5管壁中徑Do：1014.5管道環(huán)向拉伸彈性模量Eθ：13584.69Mpa管道環(huán)彎曲彈性模量Ey：13427.6Mpa內(nèi)水壓短時(shí)環(huán)向失效壓力δθ：179.32Mpa靜水壓設(shè)計(jì)基準(zhǔn)HDB：8‰（應(yīng)變基準(zhǔn)）長期環(huán)彎曲強(qiáng)度基準(zhǔn)Sb:12‰(應(yīng)變基準(zhǔn))強(qiáng)度安全系數(shù)k：6應(yīng)力基準(zhǔn)：HDB=80Mpa管道結(jié)構(gòu)計(jì)算：2δ2δθttPwDo內(nèi)壓安全系數(shù)：K=——22×179.32×14.50.8×1014.5=——=8.54>6滿足內(nèi)壓壁厚要求2×13584.69×14.52×13584.69×14.51014.58‰1.82EθtLDoHDBFSprPc=08<——×——=——×——=1.72Mpa(3)檢驗(yàn)工作壓力：管材的壓力等級(jí)應(yīng)大于或等于系統(tǒng)的工作壓力：即Pc≥Pw1.72Mpa≥0.8Mpa(4)校驗(yàn)波動(dòng)壓力：0.6+0.31.4Pw+Ps1.4管材的壓力等級(jí)應(yīng)大于等于輸水管系統(tǒng)中工作壓力和波動(dòng)壓力相加后的最大壓力被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：用有限元計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法進(jìn)行鋪層設(shè)計(jì)由環(huán)彎曲計(jì)算許用撓度△Ya△YaDoSb△YaDoSbFSbttDoδb=Df[——]·[—]≤—式中：δb撓曲引起的最大環(huán)向應(yīng)變；Ya管道最大許用長垂直撓曲；12‰×1014.521.512‰×1014.521.5×5×14.5Sb·Do2FSb·Df·tt則：△Ya≤——=——=113.5△△YaDo又：—≤5%即：△Ya≤50.7徑向長期撓曲變形計(jì)算埋地管的安裝方式應(yīng)確保外載荷引起的管道垂直直徑減少量的長期值不超過前面計(jì)算的最大許用撓曲值。計(jì)算管頂垂直土壤載荷Wc可認(rèn)為放置在管體上面的矩形土壤塊的重量就是作用在管上的垂直載荷，土壤塊的高度應(yīng)等于覆蓋深度，寬度等于管外徑。Wc=h當(dāng)H=0.8m時(shí)Wc=18000當(dāng)H=3m時(shí)Wc=18000×3=54000N/m2計(jì)算管頂活動(dòng)載荷PIfL1PIfL1×L2WL=———— 其中：L1與汽車行進(jìn)方向平行的載荷寬度當(dāng)H=0.8m時(shí)，L1=0.25+1.75H=1.65當(dāng)H=3m時(shí)，L1=0.25+1.75H=L2與汽車行進(jìn)方向垂直載荷寬度因?yàn)镠≥0.76m所以當(dāng)H=0.8m時(shí)，L2=（13.31+1.75H）/8=1.84當(dāng)H=3m時(shí)，L2=（13.31+1.75H）/8=130000×1.11.65×1.84PIfL1×L2If為沖擊系數(shù)，若H≥0.91m130000×1.11.65×1.84PIfL1×L2當(dāng)H=0.8m時(shí)WL=——=——=47101.45N/m2130000×130000×1.15.5×2.32PIfL1×L2當(dāng)H=3m時(shí)WL=——=——=11206.9N/m2(3)均布載荷：1.0t/m2=9800N/m2由于均布載荷的影響均小于沖擊載荷的影響，故僅考慮沖擊載荷的影響。計(jì)算土壤的反作用組合模量：=Sc·中等壓實(shí)粘性土=4.0Mpa=10.5MpaBdDBdD因?yàn)椤?2.625—=2得Sc=1.45則：=Sc·Eb=1.45×4=5.8Mpa6、檢驗(yàn)撓曲預(yù)測值：△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時(shí)，—=———=2.44%△YD△YD△YaD△YaD—=5%所以滿足—≤—(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%所以滿足—≤—7、校驗(yàn)組合載荷：固內(nèi)部水壓力和撓曲產(chǎn)生的最大組合應(yīng)力或應(yīng)變應(yīng)滿足下列方程：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則：——=————=0.351-52.751-52.75×0.8/0.012×13427.61.81-δbYc/SbFFSpr——=———=0.431-δ1-δbYc/SbFFSprδPrHDB滿足：—≤——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校核結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。8、校驗(yàn)屈曲：地下埋設(shè)的管道，將會(huì)承受垂直載荷，地下水的靜壓力及內(nèi)部真空共同組成的經(jīng)向外載荷作用，要求條件外部載荷之和度小于等于需用屈曲應(yīng)力1FsEID3qa=—32Rw1FsEID3的設(shè)計(jì)系數(shù)：Fs=2.5水浮力系數(shù)Rw=1-0.33×hw/HH=0.8m時(shí)hw=0Rw=1H=3m時(shí)hw=0Rw=111+411+4e-0.213H11+4e-0.213×0.811+4e-0.213×0.8當(dāng)H=0.8mm時(shí)，=————————=0.2311+411+4e-0.213×3當(dāng)H=3m時(shí)，=————