【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 平行板加載法對(duì)管體剛度、 B 水平分別進(jìn)行計(jì)算。 1．計(jì)算模型圖如下所示 ： 17 圖 2 模型圖 圖 3 鋪層模型示意圖 (以一個(gè)單元為例 ) 18 圖 4 鋪層模型示意圖（局部放大） 計(jì)算結(jié)果及分析 圖 5 管體垂直方向位移圖 從圖中可以看出垂直方向的最大位移為 。 剛度計(jì)算分析如下： 按照平壓剛度的 JC8381998 規(guī)范的實(shí)驗(yàn)規(guī)定，其管環(huán)長(zhǎng)度為： =620mm， 加載變形 5%D 時(shí)，其線載荷 P 為 : P=66527N 19 則剛度為： SN=*66527/=7994Pa 2） B 水平應(yīng)力計(jì)算 實(shí)驗(yàn)表明：夾砂層的彎曲強(qiáng)度為 12MPa15MPa 之間，取最低彎曲強(qiáng)度 12MPa。 圖 6 B 水平時(shí)加砂層應(yīng)力 此時(shí)夾砂層的最大應(yīng)力為 ，大約是其最小強(qiáng)度值的 81%。而纖維彎曲應(yīng)力僅為：168MPa, 遠(yuǎn) 小于玻璃纖維環(huán)向應(yīng)力強(qiáng)度。 由此可見管體的變形達(dá)到 B 水平時(shí)，滿足強(qiáng)度要求。 玻璃鋼夾砂管道管體強(qiáng)度計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì) 強(qiáng)度計(jì)算方法 為了得到管道的環(huán)向抗拉強(qiáng)度值，我們通過提高管道內(nèi)壓使得管體出現(xiàn)破壞，這時(shí)管道內(nèi)壓所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度值便是環(huán)向抗拉強(qiáng)度。 1． 計(jì)算結(jié)果 通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)當(dāng)內(nèi)壓達(dá)到 時(shí)，管體發(fā)生破壞。破壞發(fā)生在環(huán)向?qū)樱藭r(shí)環(huán)向?qū)幼畲髴?yīng)力為 340MPa，達(dá)到環(huán)向?qū)拥钠茐膹?qiáng)度。而交叉纏繞層的環(huán)向應(yīng)力為181MPa，尚未到達(dá)其破壞應(yīng)力（ 220MPa）。因此管體環(huán)向抗拉強(qiáng)度為 4560kN/m。 20 圖 7 內(nèi)壓爆破交叉層應(yīng)力 圖 8 內(nèi)壓爆破 時(shí)環(huán)向?qū)討?yīng)力 21 玻璃鋼夾砂管道承口計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì) 管道承口計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)主要完成剛度設(shè)計(jì)。依據(jù)承口鋪層設(shè)計(jì)，我們采用平行板加載法計(jì)算剛度。此時(shí)平壓力為 。 圖 9 承口垂直方向位移圖 則承口的剛度為： STIF=*yP?=* =26954Pa 玻璃鋼夾砂管道插口計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì) 管道插口計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)主要完成剛度設(shè)計(jì)。依據(jù)插口鋪層設(shè)計(jì)，我們采用平行板加載法計(jì)算剛度。此時(shí)平壓力為 。 22 圖 10 插口垂直方向位移圖 則插口的剛度為： STIF=*yP?=* =26839Pa 23 第 3章 玻璃鋼夾砂管道結(jié)構(gòu)校核計(jì)算 本章對(duì)地埋 DN3100 玻璃鋼夾砂管道進(jìn)行了結(jié)構(gòu)校核計(jì)算。計(jì)算依據(jù)是：中華人民共和國(guó)建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃纖維纏繞增強(qiáng)熱固性樹脂夾砂壓力管》 (JC/T8381998)； 山東錦繡川水庫(kù)管理局和山東水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 提供的 設(shè)計(jì)條件和要求，以及對(duì)各種載荷進(jìn)行分析后所得到的設(shè)計(jì)參數(shù)（第 1 章）；玻璃鋼夾砂管材的設(shè)計(jì)參數(shù)及性能參數(shù)（第2 章）；以及本公司設(shè)計(jì)計(jì)算軟件。 根據(jù)第 2 章提供的管壁環(huán)向抗拉強(qiáng)度為 4560kN/m，則內(nèi)壓要求的管壁安全系數(shù)為： 1000456022 ??? ???? DP NFS ? ? 滿足 JC/T8381998 標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于內(nèi)壓安全系數(shù)要求； 根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，壓力等級(jí) Pc=；工作壓力 Pw=。由于安全系數(shù)為，因此玻璃鋼管材的實(shí)際壓力等級(jí)滿足規(guī)范要求： Pc≥ Pw 對(duì)于內(nèi)壓和波動(dòng)壓力之組合壓力為： Pw+Ps=Pw+= 因此，滿足規(guī)范要求： Pc≥ )PsPw?（ 剛度計(jì)算 依據(jù)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)輸入玻璃鋼夾砂管道的鋪層，其管環(huán)在 5%撓曲變形下的平壓力為 ，依據(jù) JC/T8381998 附錄 F 關(guān)于管剛度計(jì)算辦法：則有： STIF=*yP?= 66527/=7994Pa 7500pa，滿足設(shè)計(jì)剛度要求， 24 撓曲變形計(jì)算 徑向長(zhǎng)期撓曲變形按下式計(jì)算： ,33 )39。 )( EST I F kqqDREEI RKqqDDY xLcLxLcL ???? ??? （ *8 ) ( ?? ???? ==% %3??DYa, 滿足設(shè)計(jì)要求。 當(dāng)有最不利組合載荷時(shí)徑向安裝撓曲變形控制值按下式計(jì)算： ,06 ) ESTI F kqqDY xLc ???? （ *8 ) ( ?? ??? ==% 結(jié)論 ： 當(dāng)有臨時(shí)載荷 10000Pa+4m 靜土壓的最不利組合載荷時(shí)， 徑向安裝撓曲變形控制值 %. 當(dāng)有最不利靜土壓力載荷時(shí)徑向安裝撓曲變形控制值按下式計(jì)算： ,06 ) ESTI F kqqDDY xLcL ???? （ *8 ?? ?? ==% 結(jié)論： 當(dāng)有最不利靜土壓 (4m 深 )載荷時(shí)， 徑向安裝撓曲變形控制值 % 在最不利載荷下的計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬計(jì)算分析 土壤參數(shù)見下表： 25 表 6 土壤參數(shù) 土壤名稱 砂礫石 風(fēng)化砂巖 風(fēng)化砂巖 普通回填土 原土 位置區(qū)域 管道基礎(chǔ)墊層 管身 1/3 以下 管身 2/3以下 管頂以上 原土區(qū) 容重（ Kg/m3） 1900 1750 1750 1670 1840 土壤反作用 模量（ Mpa） 3． 8 泊松比 內(nèi)粘聚力 （ kpa） 0 2 2 2 5 內(nèi)摩擦角 40 28 28 28 36 膨脹角 0 0 0 0 0 圖 11 管體受最不利載荷時(shí)計(jì)算模型圖 26 圖 12 管體受最不利載荷時(shí)整體垂直位移圖 圖 13 管體在土中的垂直位移 27 從圖中可以看出 266??DY ==% 環(huán)彎曲計(jì)算 ??????????????? ??? 0DtDYD afb? ???==‰ 內(nèi)壓應(yīng)變計(jì)算 根據(jù)計(jì)算機(jī)模擬設(shè)計(jì)結(jié)果，得知管壁總體環(huán)向拉伸彈性模量為： ： 58103632 0 ?? ??? Lpr tEPD ?? ==‰ 外壓穩(wěn)定計(jì)算 3039。39。321 DEIEBRFSq Wcr ? 7 5 0 0102 4 7 1 6 ??????crq = Rw— ???? HHR wW B’— 3 7 139。 ??? ? HeB FS— 外壓穩(wěn)定 安全系數(shù)， 28 γ wHw+Rwqc+qv≤ qcγ 則有 + += 其穩(wěn)定安全系數(shù)為： 倍。 γ wHw+Rwqc+qv≤ qcrγ 則有 + += 滿足外壓穩(wěn)定要求。 另，通過有限元的穩(wěn)定計(jì)算分析如下： 首先施加最不利外壓載荷 ， 當(dāng)該載荷乘子為 時(shí)，即外壓為： 時(shí)，管道產(chǎn)生屈曲。其穩(wěn)定安全系數(shù)為 ，比公式計(jì)算的安全值（ ）稍小。 圖 14 玻璃鋼夾砂管道失穩(wěn)波形圖 29 軸向應(yīng)力分析 在地震縱波作用下對(duì)玻璃鋼夾砂管產(chǎn)生軸向應(yīng)力 ,其計(jì)算公式為： Lp EVK gT?? 2m ax ? 其中： ? max：地震時(shí)管道的軸向應(yīng)力； K： 地震系數(shù)，這里考慮 7 級(jí)地震，按照規(guī)范應(yīng)取 ； g: 重力加速度，這里取 T：卓越周期，為安全計(jì)，查表取 s Vp: 縱波傳播速度，依據(jù) 山東水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 提供的參數(shù)，為安全起見取 500 m/s； EL: 彈性模量 ,這里取 GPa 計(jì)算的結(jié)果，軸向應(yīng)力 ? L為 ； 本設(shè)計(jì)的軸向強(qiáng)度為 Mpa（ 962kN/m） 安全系數(shù)為 35, 遠(yuǎn)滿足強(qiáng)度要求。 剪切應(yīng)力分析 在地震橫波作用下對(duì)玻璃鋼夾砂管產(chǎn)生剪切應(yīng)力 ,這種應(yīng)力對(duì)玻璃鋼夾砂管道比軸向應(yīng)力的影響要大得多。其計(jì)算公式為： LTs GVK gT?? 2m ax ? 其中： σ max：地震時(shí)管道的軸向應(yīng)力； K：地震系數(shù)，這里考慮 7 級(jí)地震，按照規(guī)范應(yīng)取 ； g: 重力加速度，這里取 T：卓越周期，為安全計(jì)，查表取 s Vp: 橫波傳播速度，依據(jù) 山東水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 提供的參數(shù)，為安全起見取 250m/s；按照規(guī)范， VS 取值為： VS= Vp=125m/s GLT: 剪切 彈性模量 ,這里取 12GPa 30 計(jì)算的結(jié)果，環(huán)向剪切應(yīng)力為 ； 本設(shè)計(jì)的環(huán)向剪切強(qiáng)度為 Mpa 安全系數(shù)為 ,安全系數(shù)足夠。 結(jié)論 根據(jù)上述強(qiáng)度、剛度、撓曲變形、彎曲強(qiáng)度、穩(wěn)定性分析、地震強(qiáng)度分析等計(jì)算、分析與校核，本設(shè)計(jì)各項(xiàng)性能指標(biāo)全部達(dá)到國(guó)家有關(guān)玻璃鋼夾砂管道標(biāo)準(zhǔn)要求。 31