山东锦绣川水库倒虹吸工程玻璃钢夹砂管设计书

山东锦绣川水库倒虹吸工程玻璃钢夹砂管设计书内容摘要：

平行板加载法对管体刚度、 B 水平分别进行计算。 1．计算模型图如下所示 ： 17 图 2 模型图 图 3 铺层模型示意图 (以一个单元为例 ) 18 图 4 铺层模型示意图（局部放大） 计算结果及分析 图 5 管体垂直方向位移图 从图中可以看出垂直方向的最大位移为。 刚度计算分析如下： 按照平压刚度的 JC8381998 规范的实验规定，其管环长度为： =620mm， 加载变形 5%D 时，其线载荷 P 为 : P=66527N 19 则刚度为： SN=*66527/=7994Pa 2） B 水平应力计算 实验表明：夹砂层的弯曲强度为 12MPa15MPa 之间，取最低弯曲强度 12MPa。 图 6 B 水平时加砂层应力 此时夹砂层的最大应力为 ，大约是其最小强度值的 81%。 而纤维弯曲应力仅为：168MPa, 远 小于玻璃纤维环向应力强度。 由此可见管体的变形达到 B 水平时，满足强度要求。 玻璃钢夹砂管道管体强度计算机设计 强度计算方法 为了得到管道的环向抗拉强度值，我们通过提高管道内压使得管体出现破坏，这时管道内压所对应的强度值便是环向抗拉强度。 1． 计算结果 通过计算发现当内压达到 时，管体发生破坏。 破坏发生在环向层，此时环向层最大应力为 340MPa，达到环向层的破坏强度。 而交叉缠绕层的环向应力为181MPa，尚未到达其破坏应力（ 220MPa）。 因此管体环向抗拉强度为 4560kN/m。 20 图 7 内压爆破交叉层应力 图 8 内压爆破 时环向层应力 21 玻璃钢夹砂管道承口计算机设计 管道承口计算机设计主要完成刚度设计。 依据承口铺层设计，我们采用平行板加载法计算刚度。 此时平压力为。 图 9 承口垂直方向位移图 则承口的刚度为： STIF=*yP=* =26954Pa 玻璃钢夹砂管道插口计算机设计 管道插口计算机设计主要完成刚度设计。 依据插口铺层设计，我们采用平行板加载法计算刚度。 此时平压力为。 22 图 10 插口垂直方向位移图 则插口的刚度为： STIF=*yP=* =26839Pa 23 第 3章 玻璃钢夹砂管道结构校核计算 本章对地埋 DN3100 玻璃钢夹砂管道进行了结构校核计算。 计算依据是：中华人民共和国建材行业标准《玻璃纤维缠绕增强热固性树脂夹砂压力管》 (JC/T8381998)； 山东锦绣川水库管理局和山东水利勘测设计研究院 提供的 设计条件和要求，以及对各种载荷进行分析后所得到的设计参数（第 1 章）；玻璃钢夹砂管材的设计参数及性能参数（第2 章）；以及本公司设计计算软件。 根据第 2 章提供的管壁环向抗拉强度为 4560kN/m，则内压要求的管壁安全系数为： 1000456022   DP NFS   满足 JC/T8381998 标准关于内压安全系数要求； 根据设计参数，压力等级 Pc=；工作压力 Pw=。 由于安全系数为，因此玻璃钢管材的实际压力等级满足规范要求： Pc≥ Pw 对于内压和波动压力之组合压力为： Pw+Ps=Pw+= 因此，满足规范要求： Pc≥ )PsPw（ 刚度计算 依据计算机数值模拟实验结果，根据输入玻璃钢夹砂管道的铺层，其管环在 5%挠曲变形下的平压力为 ，依据 JC/T8381998 附录 F 关于管刚度计算办法：则有： STIF=*yP= 66527/=7994Pa 7500pa，满足设计刚度要求， 24 挠曲变形计算 径向长期挠曲变形按下式计算： ,33 )39。 )( EST I F kqqDREEI RKqqDDY xLcLxLcL   （ *8 ) (   ==% %3DYa, 满足设计要求。 当有最不利组合载荷时径向安装挠曲变形控制值按下式计算： ,06 ) ESTI F kqqDY xLc  （ *8 ) (   ==% 结论 ： 当有临时载荷 10000Pa+4m 静土压的最不利组合载荷时， 径向安装挠曲变形控制值 %. 当有最不利静土压力载荷时径向安装挠曲变形控制值按下式计算： ,06 ) ESTI F kqqDDY xLcL  （ *8   ==% 结论： 当有最不利静土压 (4m 深 )载荷时， 径向安装挠曲变形控制值 % 在最不利载荷下的计算机数值模拟计算分析 土壤参数见下表： 25 表 6 土壤参数 土壤名称 砂砾石 风化砂岩 风化砂岩 普通回填土 原土 位置区域 管道基础垫层 管身 1/3 以下 管身 2/3以下 管顶以上 原土区 容重（ Kg/m3） 1900 1750 1750 1670 1840 土壤反作用 模量（ Mpa） 3． 8 泊松比 内粘聚力 （ kpa） 0 2 2 2 5 内摩擦角 40 28 28 28 36 膨胀角 0 0 0 0 0 图 11 管体受最不利载荷时计算模型图 26 图 12 管体受最不利载荷时整体垂直位移图 图 13 管体在土中的垂直位移 27 从图中可以看出 266DY ==% 环弯曲计算   0DtDYD afb ==‰ 内压应变计算 根据计算机模拟设计结果，得知管壁总体环向拉伸弹性模量为： ： 58103632 0   Lpr tEPD  ==‰ 外压稳定计算 3039。 39。 321 DEIEBRFSq Wcr  7 5 0 0102 4 7 1 6 crq = Rw—  HHR wW B’— 3 7 139。   HeB FS— 外压稳定 安全系数， 28 γ wHw+Rwqc+qv≤ qcγ 则有 + += 其稳定安全系数为： 倍。 γ wHw+Rwqc+qv≤ qcrγ 则有 + += 满足外压稳定要求。 另，通过有限元的稳定计算分析如下： 首先施加最不利外压载荷 ， 当该载荷乘子为 时，即外压为： 时，管道产生屈曲。 其稳定安全系数为 ，比公式计算的安全值（ ）稍小。 图 14 玻璃钢夹砂管道失稳波形图 29 轴向应力分析 在地震纵波作用下对玻璃钢夹砂管产生轴向应力 ,其计算公式为： Lp EVK gT 2m ax  其中： ς max：地震时管道的轴向应力； K： 地震系数，这里考虑 7 级地震，按照规范应取 ； g: 重力加速度，这里取 T：卓越周期，为安全计，查表取 s Vp: 纵波传播速度，依据 山东水利勘测设计研究院 提供的参数，为安全起见取 500 m/s； EL: 弹性模量 ,这里取 GPa 计算的结果，轴向应力 ς L为 ； 本设计的轴向强度为 Mpa（ 962kN/m） 安全系数为 35, 远满足强度要求。 剪切应力分析 在地震横波作用下对玻璃钢夹砂管产生剪切应力 ,这种应力对玻璃钢夹砂管道比轴向应力的影响要大得多。 其计算公式为： LTs GVK gT 2m ax  其中： σ max：地震时管道的轴向应力； K：地震系数，这里考虑 7 级地震，按照规范应取 ； g: 重力加速度，这里取 T：卓越周期，为安全计，查表取 s Vp: 横波传播速度，依据 山东水利勘测设计研究院 提供的参数，为安全起见取 250m/s；按照规范， VS 取值为： VS= Vp=125m/s GLT: 剪切 弹性模量 ,这里取 12GPa 30 计算的结果，环向剪切应力为 ； 本设计的环向剪切强度为 Mpa 安全系数为 ,安全系数足够。 结论 根据上述强度、刚度、挠曲变形、弯曲强度、稳定性分析、地震强度分析等计算、分析与校核，本设计各项性能指标全部达到国家有关玻璃钢夹砂管道标准要求。 31。