塑料埋地排水管的關(guān)鍵性能--環(huán)剛度

  1埋地鋪設(shè)塑料管的負(fù)載和承受負(fù)載的管土共同作用  

    埋地鋪設(shè)塑料管有兩類，一類是內(nèi)部有壓力的，習(xí)慣稱為‘壓力管道’，如輸送水或燃?xì)獾墓艿溃灰活愂莾?nèi)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(fù)載有內(nèi)部壓力和外部的壓力。通常內(nèi)部壓力產(chǎn)生的應(yīng)力是造成管材破壞的主要因素，破壞的形式是管壁內(nèi)的拉應(yīng)力造成的變形過大和破裂（塑料管通常是由蠕變造成）。設(shè)計時一般先按承受內(nèi)壓負(fù)載進(jìn)行設(shè)計計算，選擇材料和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)（如壁厚），然后再考慮外壓負(fù)載進(jìn)行設(shè)計驗算，必要時修改結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。  

    無壓管道承受外壓負(fù)載（通常內(nèi)壓負(fù)載忽略不計）。破壞的形式是外壓負(fù)載造成管材變形過大或壓屈失穩(wěn)（Buckling）。設(shè)計時按照外壓負(fù)載進(jìn)行設(shè)計計算，選擇材料和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。本文討論的塑料埋地排水管是指無壓管道。  

    外壓負(fù)載比較復(fù)雜，主要包括土壤重量和地面產(chǎn)生的靜負(fù)載，以及運輸車輛經(jīng)過時產(chǎn)生的動負(fù)載。塑料埋地排水管承受負(fù)載的機理也比較復(fù)雜，因為塑料管屬于柔性管（Flexible Pipe），在外壓負(fù)載下管材和周圍的土壤（回填材料）產(chǎn)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(fù)載。  

    目前世界各國在埋地管道的設(shè)計計算方面還沒有*一致的方法，但是絕大多數(shù)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(fù)載下變形量的基礎(chǔ)公式（根據(jù)變形量再計算出管材內(nèi)的應(yīng)力）。  

    我國的標(biāo)準(zhǔn)和*的設(shè)計規(guī)程也是以此公式為基礎(chǔ)的。

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

    從此公式中可以清楚地看出決定埋地柔性管外壓負(fù)載下變形量的一方面是負(fù)載的大小（公式中分子部分），另一方面是管材結(jié)構(gòu)性能和周圍土壤結(jié)構(gòu)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(shè)后能否正常工作的，‘負(fù)載’、‘管材’和‘土壤（回填）’三個參數(shù)都很重要，而且相互影響。   

 2環(huán)剛度的物理定義和測定。  

    根據(jù)承受負(fù)載的管土共同作用，從以上公式中我們可以看到管材的結(jié)構(gòu)性能是決定能否承受負(fù)載的重要參數(shù)。這個管材參數(shù)（抗外壓負(fù)載）由三個由管材材料、結(jié)構(gòu)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(dāng)我們進(jìn)行塑料埋地排水管設(shè)計時必須先知道這三個數(shù)值，然后才能放在公式中去設(shè)計計算。從道理上講，如果設(shè)計時根據(jù)了這三個數(shù)值，企業(yè)提供的管材就要保證這三個數(shù)值。  

    但是，在實踐中這三個數(shù)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(jié)構(gòu)壁管，結(jié)構(gòu)截面常常是比較復(fù)雜的幾何形狀），結(jié)構(gòu)尺寸（如壁厚）的變動會造成慣性矩明顯變化。  

    而且，在設(shè)計確定以后，如果要求廠保證這三個數(shù)值都不變也是很不現(xiàn)實的。  

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

    只要知道環(huán)剛度Sp的數(shù)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(shù)值就可以進(jìn)行設(shè)計計算。而環(huán)剛度Sp的數(shù)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(huán)剛度Sp的方法已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，就是標(biāo)準(zhǔn)ISO 9969:1994。