埋地塑料管结构环刚度计算

埋地塑料管结构计算

塑料管环刚度表示塑料埋地排水管的抗外压负载能力：

3D EI S =

式中：S 为环刚度（2m kN ）；

E 为材料弹性模量；

D 为管道直径(m)；

I 为管壁单位长度截面惯性矩

根据《埋地硬聚氯乙烯排水管道工程技术规程》5.3.1及《给排水结构工程师设计手册》中刚度计算公式：埋地硬聚氯乙烯排水管在外压荷载作用下，管径竖向的直径变形率应小于管材的允许变形率（5%），直径变形率为：

(%)1000⨯∆=D γε，K 0εε=，K 为安全系数，取1.5.，所以333.3%5==K

ε%管道在组合荷载下的直径变形量可按照下面公式计算：

33

01061.0r

E EL r W K D d L +=∆γ 式中： γ∆：管道在组合荷载作用下管径竖向的直径变形量；

L D ：变形滞后系数，取1.2~1.5；

1K ：基础垫层系数，当支承角2∂>=90°取0.1；

0W ：管顶沿纵向单位长度总压力；

r ：管材的计算半径；

E ：管材的弹性模量；

I ： 管壁截面上单位长度的惯性矩；

d E ：管侧土的综合变形模量（根据《埋地硬聚氯乙烯排水管道工程技术规程》附表F-1及F-2确定；

所以管径为DN500，环刚度为8的硬聚氯乙烯塑料管结构计算为：

333

01061.0r

E SD r W K D d L +=∆γ

m

kN mm kN r K D r E SD W L d 71.5905971.02501.02.1)250006.0061.0500108(500%333.3)

061.0(23

33631330==⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=+⨯∆=-γ 由上可知，管径为DN500环刚度为8的塑料管沿纵向单位长度可承受的最大垂直线荷载为：m kN 71.59，则可承受的竖向压力为：

242.11971.59m kN D P ==。

石粉的密度为14503m kg ，重力密度为14.213m kN 单位长度上回填石粉高度为h ，则其产生的竖向土压力为：H P s ⨯='γ，所以管径为DN500环刚度为8的塑料管，回填石粉的最大高度为m P H s

4.821.1442.119===

γ

管道结构验算：

根据04S520《埋地塑料排水管施工》：

埋地塑料管在外压作用下，管壁截面的环向稳定性计算应符合下列要求： s vk k

cr K F F ≥,

k cr F ,----管道失稳的临界压力标准值（kN/m ²）

vk F -----管顶在各种竖向压力下的标准值（kN/m ²）

s K ----管道的环向稳定抗力系数（不得低于2）

222,8.138745

.0110006824124m kN E S F p d

k cr =-⨯⨯⨯⨯=-⨯=υ 式中：S 为HDPE 管的环刚度（8），d E 为管侧土的综合弹性模量（查表知为6000），p υ为HDPE 的泊松比，取0.45。

管顶的竖向压力值，覆石粉5.0米，石粉的重力密度为14.21kN/m ³所以： 05.710.521.14H s =⨯=⨯=石粉γvk F

25.1905.718.1387F ,＞==vk

k

cr F ，因此，管道结构计算满足要求。