【文章內容簡介】 平行板加載法對管體剛度、 B 水平分別進行計算。 1．計算模型圖如下所示 ： 17 圖 2 模型圖 圖 3 鋪層模型示意圖 (以一個單元為例 ) 18 圖 4 鋪層模型示意圖（局部放大） 計算結果及分析 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 。 剛度計算分析如下： 按照平壓剛度的 JC8381998 規(guī)范的實驗規(guī)定，其管環(huán)長度為： =620mm， 加載變形 5%D 時，其線載荷 P 為 : P=66527N 19 則剛度為： SN=*66527/=7994Pa 2） B 水平應力計算 實驗表明：夾砂層的彎曲強度為 12MPa15MPa 之間，取最低彎曲強度 12MPa。 圖 6 B 水平時加砂層應力 此時夾砂層的最大應力為 ，大約是其最小強度值的 81%。而纖維彎曲應力僅為：168MPa, 遠 小于玻璃纖維環(huán)向應力強度。 由此可見管體的變形達到 B 水平時，滿足強度要求。 玻璃鋼夾砂管道管體強度計算機設計 強度計算方法 為了得到管道的環(huán)向抗拉強度值，我們通過提高管道內壓使得管體出現破壞，這時管道內壓所對應的強度值便是環(huán)向抗拉強度。 1． 計算結果 通過計算發(fā)現當內壓達到 時，管體發(fā)生破壞。破壞發(fā)生在環(huán)向層，此時環(huán)向層最大應力為 340MPa，達到環(huán)向層的破壞強度。而交叉纏繞層的環(huán)向應力為181MPa，尚未到達其破壞應力（ 220MPa）。因此管體環(huán)向抗拉強度為 4560kN/m。 20 圖 7 內壓爆破交叉層應力 圖 8 內壓爆破 時環(huán)向層應力 21 玻璃鋼夾砂管道承口計算機設計 管道承口計算機設計主要完成剛度設計。依據承口鋪層設計，我們采用平行板加載法計算剛度。此時平壓力為 。 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算機設計 管道插口計算機設計主要完成剛度設計。依據插口鋪層設計，我們采用平行板加載法計算剛度。此時平壓力為 。 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 玻璃鋼夾砂管道結構校核計算 本章對地埋 DN3100 玻璃鋼夾砂管道進行了結構校核計算。計算依據是：中華人民共和國建材行業(yè)標準《玻璃纖維纏繞增強熱固性樹脂夾砂壓力管》 (JC/T8381998)； 山東錦繡川水庫管理局和山東水利勘測設計研究院 提供的 設計條件和要求，以及對各種載荷進行分析后所得到的設計參數（第 1 章）；玻璃鋼夾砂管材的設計參數及性能參數（第2 章）；以及本公司設計計算軟件。 根據第 2 章提供的管壁環(huán)向抗拉強度為 4560kN/m，則內壓要求的管壁安全系數為： 1000456022 ??? ???? DP NFS ? ? 滿足 JC/T8381998 標準關于內壓安全系數要求； 根據設計參數，壓力等級 Pc=；工作壓力 Pw=。由于安全系數為，因此玻璃鋼管材的實際壓力等級滿足規(guī)范要求： Pc≥ Pw 對于內壓和波動壓力之組合壓力為： Pw+Ps=Pw+= 因此，滿足規(guī)范要求： Pc≥ )PsPw?（ 剛度計算 依據計算機數值模擬實驗結果，根據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 JC/T8381998 附錄 F 關于管剛度計算辦法：則有： STIF=*yP?= 66527/=7994Pa 7500pa，滿足設計剛度要求， 24 撓曲變形計算 徑向長期撓曲變形按下式計算： ,33 )39。 )( EST I F kqqDREEI RKqqDDY xLcLxLcL ???? ??? （ *8 ) ( ?? ???? ==% %3??DYa, 滿足設計要求。 當有最不利組合載荷時徑向安裝撓曲變形控制值按下式計算： ,06 ) ESTI F kqqDY xLc ???? （ *8 ) ( ?? ??? ==% 結論 ： 當有臨時載荷 10000Pa+4m 靜土壓的最不利組合載荷時， 徑向安裝撓曲變形控制值 %. 當有最不利靜土壓力載荷時徑向安裝撓曲變形控制值按下式計算： ,06 ) ESTI F kqqDDY xLcL ???? （ *8 ?? ?? ==% 結論： 當有最不利靜土壓 (4m 深 )載荷時， 徑向安裝撓曲變形控制值 % 在最不利載荷下的計算機數值模擬計算分析 土壤參數見下表： 25 表 6 土壤參數 土壤名稱 砂礫石 風化砂巖 風化砂巖 普通回填土 原土 位置區(qū)域 管道基礎墊層 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 內粘聚力 （ kpa） 0 2 2 2 5 內摩擦角 40 28 28 28 36 膨脹角 0 0 0 0 0 圖 11 管體受最不利載荷時計算模型圖 26 圖 12 管體受最不利載荷時整體垂直位移圖 圖 13 管體在土中的垂直位移 27 從圖中可以看出 266??DY ==% 環(huán)彎曲計算 ??????????????? ??? 0DtDYD afb? ???==‰ 內壓應變計算 根據計算機模擬設計結果，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， 28 γ wHw+Rwqc+qv≤ qcγ 則有 + += 其穩(wěn)定安全系數為： 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)定計算分析如下： 首先施加最不利外壓載荷 ， 當該載荷乘子為 時，即外壓為： 時，管道產生屈曲。其穩(wěn)定安全系數為 ，比公式計算的安全值（ ）稍小。 圖 14 玻璃鋼夾砂管道失穩(wěn)波形圖 29 軸向應力分析 在地震縱波作用下對玻璃鋼夾砂管產生軸向應力 ,其計算公式為： Lp EVK gT?? 2m ax ? 其中： ? max：地震時管道的軸向應力； K： 地震系數，這里考慮 7 級地震，按照規(guī)范應取 ； g: 重力加速度，這里取 T：卓越周期，為安全計，查表取 s Vp: 縱波傳播速度，依據 山東水利勘測設計研究院 提供的參數，為安全起見取 500 m/s； EL: 彈性模量 ,這里取 GPa 計算的結果，軸向應力 ? L為 ； 本設計的軸向強度為 Mpa（ 962kN/m） 安全系數為 35, 遠滿足強度要求。 剪切應力分析 在地震橫波作用下對玻璃鋼夾砂管產生剪切應力 ,這種應力對玻璃鋼夾砂管道比軸向應力的影響要大得多。其計算公式為： LTs GVK gT?? 2m ax ? 其中： σ max：地震時管道的軸向應力； K：地震系數，這里考慮 7 級地震，按照規(guī)范應取 ； g: 重力加速度，這里取 T：卓越周期，為安全計，查表取 s Vp: 橫波傳播速度，依據 山東水利勘測設計研究院 提供的參數，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 計算的結果，環(huán)向剪切應力為 ； 本設計的環(huán)向剪切強度為 Mpa 安全系數為 ,安全系數足夠。 結論 根據上述強度、剛度、撓曲變形、彎曲強度、穩(wěn)定性分析、地震強度分析等計算、分析與校核，本設計各項性能指標全部達到國家有關玻璃鋼夾砂管道標準要求。 31