埋地聚乙烯塑钢缠绕排水管环刚度等级选择计算.doc
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埋地聚乙烯塑钢缠绕排水管环刚度等级选择计算
管材的结构性能是决定能否承受负载的重要参数。
这个管材参数（抗外压负载）由三个由管材材料、结构和尺寸决定的因素（EpIpro）：
Ep---管材短期的弹性模量（kN/m）
Ip----管道纵截面每延米管壁的惯性矩（m4/m）
ro----管道计算半径（管壁中性轴半径）（m）
根据塑钢缠绕管管道工程技术规程规定：
埋地塑钢缠绕管在外压力作用下，其竖向直径的变形率应小于管道直径允许变形率5%。
即：
ε=Wd,max/D1×100%
（1）
ε＜5%
（2）
式中Wd,max－管道在荷载准永久组合作用下的最大竖向变形量（m）.
管道在荷载准永久组合作用下的最大竖向变形量Wd,max可按下式计算：
Wd,max=DL〔Kd（Fsv,k＋ФqqvkD1）〕/（8Sp＋0.061Ed）
式中：
Kd—管道变形系数，根据管道敷设基础中心角2α按附录表1选用；
DL—变形滞后效应系数，取值1.4
Fsv,k—每延米管道上管顶的竖向土压力标准值（Kn/m）；
Фq—可变荷载准永久值系数，取0.5；
qvk—单个轮压传递到管顶处的竖向压力与地面堆积载荷的大值；
Sp—管材环刚度（Kn/m2）;
Ed—管侧土的综合变形模量（Kn/m2）。
一、作用在管道每延米上的竖向土压力标准值Fsv,k，可按下式计算：
Fsv,k=rs*Hs*D1=18*Hs*D1
式中：
rs—回填土的重力密度，可取18Kn/m3
Hs—管顶至设计地面的覆土高度（m）
D1—管道的外径（m）
根据上式可计算不同覆土高度情况下的作用在管道上竖向土压力标准值（见下表）：
表1：
作用在管道上竖向土压力标准值
管顶覆土厚度（m）
Fsv,k（Kn/m）
1.0
18.0D1
1.5
27.0D1
2.0
36.0D1
2.5
45.0D1
3.0
54.0D1
3.5
63.0D1
4.0
72.0D1
4.5
81.0D1
5.0
90.0D1
二、作用在管道上的可变作用取地面车辆荷载与地面堆积载荷的大值，地面车辆荷载标准值按城－B级考虑（参照04S520，埋地塑料排水管道施工标准图集），作用在管道上的可变作用标准值见表2：
表2：
作用在管道上的可变作用标准值
Hs（m）
城－A
ФqqvkD1（Kn/m）
城－B
ФqqvkD1（Kn/m）
地面堆载
ФqqvkD1（Kn/m）
1.0
18.37D1
12.76D1
5D1
1.5
11.20D1
8.90D1
5D1
2.0
7.90D1
6.81D1
5D1
2.5
5.93D1
5.39D1
5D1
3.0
4.64D1
4.38D1
5D1
3.5
5D1
4.0
5D1
4.5
5D1
5.0
5D1
三、计算管侧土的综合变形模量Ed
管侧土的综合变形模量Ed，可按下列公式计算：
Ed=ζ*Ee
ζ=1/（α1＋α2Ee/En）
式中：
Ee—管侧回填土在要求压实密度时相应的变形模量（MPa）
En—沟槽两侧原状土的变形模量（MPa）
ζ—综合修正系数
α1、α2—与Br（管中心处沟槽宽度）和D1（管外径）的比值有关的计算参数，可按附录表2确定。
或得：
Ed=Ee/（α1＋α2Ee/En）
即：
Ed=1/（α1/Ee＋α2/En）
现在考虑Br/D1=2时的综合变形模量Ed：
查附表2得：
α1=0.453α2=0.565得：
Ed=1/（0.453/Ee＋0.565/En）
当回填土选用中粗砂，密实度达到90%以上时，Ee取值5MPa；
根据地勘资料，以及设计情况，对En取一保守值7MPa；
可得：
Ed=5.96MPa
四、计算管道变形
根据设计图，管道埋深在3.0m～5.0m之间，覆土高度在2.0～4.5m之间，所以Hs按最不利工况考虑取值4.5m；Kd按2α取90°时取值0.096；Fsv,k取值81D1，Фq*qvk*D1取值5D1.
初选环刚度为SN8，管道的竖向变形量：
ε=Wdmax/D1*100%=DL〔Kd（Fsv.k＋ФqqvkD1）/（8Sp＋0.061Ed）D1〕
=1.5*〔0.096（18*Hs＋Фqqvk）/（8*8＋0.061*5.9*1000）〕
=1.5*〔0.096（18*4.5＋5）/（8*8＋0.061*5.9*1000）〕=2.9%＜5%
五、结论：
如果该工程地质条件，沟槽设计以及回填设计工况能够符合上述计算条件，选用SN8级的塑钢缠绕管是可靠的。
塑料管道承受外部荷载的能力不仅取决于管材的性能，而且很大程度上取决于管道两侧回填土的密实度，所以在设计中要选用能够达到规定密实的回填材料，在施工中要选用正确的施工方法，以保证回填土的密实度达到设计要求。
设计时也要充分考虑现场条件以及施工质量与设计值的差距。
郑重声明：
上述计算仅作为参考，设计人员需要根据现场情况复核。
附表1管道变形系数Kd
敷设基础中心角2α
20°
45°
60°
90°
120°
150°
变形系数
0.109
0.105
0.102
0.096
0.089
0.083
附表2计算参数α1及α2
Br/D1
1.5
2.0
2.5
3.0
4.0
5.0
α1
0.252
0.435
0.527
0.680
0.838
0.948
α2
0.748
0.565
0.428
0.320
0.162
0.052
附表3管侧回填土和槽侧原状土变形模量（MPa）
回填土压实系数%
原装土标准贯入
土的类别锤击数N63.5
85
90
95
100
4＜N≤14
14＜N≤24
24＜N≤50
＞50
砂砾、砂卵石
砂砾、砂卵石
细粒土含量不大于12%
3
5
7
14
砂砾、砂卵石
细粒土含量大于12%
1
3
5
10
黏性土或粉土（W1＜50%）
砂粒含量大于25%
1
3
5
10
黏性土或粉土（W1＜50%）
砂粒含量小于25%
1
4
7
注：
1表中数值适用于10m以内覆土；当覆超过10m时，表中数值偏低；
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