塑料埋地排水管的關鍵性能--環剛度

更新時間：2013-06-21 點擊次數：3925

上目前都廣泛應用環剛度這個數值指標來表示塑料埋地排水管的抗外壓負載能力。如果管材的環剛度太小，管材可能發生過大變形或出現壓屈失穩破壞。反之，如果環剛度選擇得太高，必然采用過大的截面慣性矩，將造成用材料太多，成本過高。

1埋地鋪設塑料管的負載和承受負載的管土共同作用

埋地鋪設塑料管有兩類，一類是內部有壓力的，習慣稱為‘壓力管道’，如輸送水或燃氣的管道；一類是內部是沒有壓力（或很低壓力）的，稱為‘無壓管道Non-pressure Pipe ’。

壓力管道的承受的負載有內部壓力和外部的壓力。通常內部壓力產生的應力是造成管材破壞的主要因素，破壞的形式是管壁內的拉應力造成的變形過大和破裂（塑料管通常是由蠕變造成）。設計時一般先按承受內壓負載進行設計計算，選擇材料和結構數據（如壁厚），然后再考慮外壓負載進行設計驗算，必要時修改結構數據。

無壓管道承受外壓負載（通常內壓負載忽略不計）。破壞的形式是外壓負載造成管材變形過大或壓屈失穩（Buckling）。設計時按照外壓負載進行設計計算，選擇材料和結構數據。本文討論的塑料埋地排水管是指無壓管道。

外壓負載比較復雜，主要包括土壤重量和地面產生的靜負載，以及運輸車輛經過時產生的動負載。塑料埋地排水管承受負載的機理也比較復雜，因為塑料管屬于柔性管（Flexible Pipe），在外壓負載下管材和周圍的土壤（回填材料）產生‘管土共同作用’。換句話說，是管材和周圍土壤（回填材料）共同來承受外壓負載。

目前世界各國在埋地管道的設計計算方面還沒有*一致的方法，但是絕大多數都以美國SpanglerR公式（或稱Spangler的 lowa 公式）作為計算埋地柔性管外壓負載下變形量的基礎公式（根據變形量再計算出管材內的應力）。

我國的標準和*的設計規程也是以此公式為基礎的。

從此公式中可以清楚地看出決定埋地柔性管外壓負載下變形量的一方面是負載的大小（公式中分子部分），另一方面是管材結構性能和周圍土壤結構性能兩者之和（公式中分母部分的兩項）。

所以，決定塑料埋地排水管鋪設后能否正常工作的，‘負載’、‘管材’和‘土壤（回填）’三個參數都很重要，而且相互影響。

2環剛度的物理定義和測定。

根據承受負載的管土共同作用，從以上公式中我們可以看到管材的結構性能是決定能否承受負載的重要參數。這個管材參數（抗外壓負載）由三個由管材材料、結構和尺寸決定的因素（Ep Ip ro）： Ep---管材短期的彈性模量（kN/m）

Ip----管道縱截面每延米管壁的慣性矩（m4/m）

ro----管道計算半徑（管壁中性軸半徑）（m）

所以，從理論上講，每當我們進行塑料埋地排水管設計時必須先知道這三個數值，然后才能放在公式中去設計計算。從道理上講，如果設計時根據了這三個數值，企業提供的管材就要保證這三個數值。

但是，在實踐中這三個數值不容易獲得。先，管材的彈性模量不容易測量，采用不同牌號和不同配方的原材料彈性模量都會有很大變化。此外，管道縱截面每延米管壁的慣性矩很難計算（埋地塑料排水管一般采用結構壁管，結構截面常常是比較復雜的幾何形狀），結構尺寸（如壁厚）的變動會造成慣性矩明顯變化。

而且，在設計確定以后，如果要求廠保證這三個數值都不變也是很不現實的。

能不能找到一個在實際和應用中容易獲得、容易檢查和容易保證的管材參數（抗外壓負載）的方法呢？有一個*的方法，就是引入名稱為‘環剛度’的數值指標。

只要知道環剛度Sp的數值，不需要知道彈性模量Ep、慣性矩Ip和管道計算半徑ro的確切數值就可以進行設計計算。而環剛度Sp的數值可以通過對管材的實際測量來獲得。通過對管材的實際測量來獲得環剛度Sp的方法已經標準化，就是標準ISO 9969:1994。