Справочное руководство по трубам ПВХ. Часть 22

Расчет давления грунта на жесткие и гибкие трубы одинакового диаметра при одинаковых условиях залегания показывает разницу между нагрузкой на гибкий канал в условиях траншеи и насыпи и нагрузкой на жесткий канал в условиях траншеи. Исследования и фактические долгосрочные данные подтвердили, что призматическая нагрузка обеспечивает консервативный и упрощенный подход к проектированию гибких трубопроводных систем из ПВХ, которые выдерживают нагрузку от земли. В траншее силы трения могут уменьшить нагрузку на трубу за счет выгибания грунта. Однако мороз и воздействие воды могут рассеять эти силы, и в конечном итоге нагрузка может приблизиться к призматической. Специальные расчеты, которые в справочной литературе обычно представлены в виде таблиц, были разработаны для использования при определении нагрузок от грунта на канализационные трубы из ПВХ. Эти расчеты зависят от размеров внешнего диаметра и могут использоваться с любой гибкой трубой аналогичного внешнего диаметра. Нагрузки на землю указываются в тех единицах, которые приняты в конкретном регионе, поэтому эти значения в американской литературе следует переводить в принятые у нас. Также расчеты включают наиболее распространенные диапазоны высоты насыпи и удельного веса грунта.

Помимо грунтовых нагрузок, подземные трубы из ПВХ могут подвергаться определенному давлению от таких источников, как автомобильные и железные дороги. Такие нагрузки называются временными, поскольку прекращаются, как только транспортное средство минует отрезок с заглубленными трубами. При проектировании неглубоких заглублений труб необходимо учитывать эти нагрузки, а вот при глубоком заглублении влияние временных нагрузок уменьшается, и им можно пренебречь. Существует несколько методов расчета временных нагрузок. Наиболее распространенный подход к проектированию основан на формуле Буссинеска для точечной нагрузки на поверхности упругого грунта. Там учитываются такие значения, как WL = временная нагрузка, CL = коэффициент динамической нагрузки, Pw = нагрузка на колесо транспортного средства, а также If = коэффициент воздействия, который является безразмерным. В справочной литературе приведены коэффициенты временной нагрузки CL для нагрузки на одно колесо, а также для двух проезжающих грузовиков. Подход к проектированию, используемый в этих методах, консервативный и представляет нагрузку на колесо как точечную нагрузку. Как упоминалось выше, влияние временных нагрузок на характеристики труб из ПВХ значимо только на небольшой глубине. Графики показывают, что по мере увеличения глубины покрытия влияние временной нагрузки быстро уменьшается. Соответственно, при определенной глубине траншеи общая нагрузка минимальна. Эта глубина составляет примерно 1,5 метра для грузовика и 4 метра для железнодорожного локомотива или вагона.

Американская ассоциация государственных служащих автомобильных дорог и транспорта (AASHTO) в настоящее время имеет два проектных документа, содержащих спецификации для оценки эффектов временной нагрузки: Раздел 3 в Руководстве по спецификациям моста LRFD, озаглавленный «Нагрузки и коэффициенты нагрузки», и Стандартные спецификации для автомобильных мостов, раздел 1, часть 3, озаглавленный «Нагрузки». Аналогичные расчеты приводятся и в европейских стандартах. Предполагается, что площадь контакта сдвоенной шины представляет собой одиночный прямоугольник шириной (W) 50 см и длиной (L) 25 см. Эквивалентную площадь распределения нагрузки, реализованную на глубине трубы, можно вычислить с учетом следующих значений: A = площадь распределения нагрузки под насыпью, WT = ширина грузовика с двумя шинами, LT = длина грузовика с двумя шинами, а = 1,15 для сыпучих грунтов и a = 1,0 для всех остальных типов почв, а также H = высота. Подобно правилу 60 °, часто встречающемуся в текстах по механике грунтов, приведенное выше уравнение применяется для глубины залегания от 0,6 до 2,4 м (распределительный эффект насыпи можно игнорировать на глубине покрытия менее 0,6 м, а временные нагрузки можно не учитывать там, где глубина заполнения более 2,4 м). Увеличенная площадь контакта используется для вычисления распределенной нагрузки, испытываемой на поверхности трубы, которая представляет собой просто нагрузку колеса, деленную на площадь распределения нагрузки. В завершение этой части рассмотрим программное обеспечение для проектирования и расчета внешней нагрузки для гибких трубопроводов.

Так, Uni-Bell PVC Pipe Association предлагает программное обеспечение для проектирования, которое может рассчитывать нагрузки, описанные выше, а также применять эти нагрузки для оценки долговременного прогиба, который будет обсуждаться дальше в разделе о проектировании подземных трубопроводов из ПВХ. Программа может учитывать любой из сценариев нагрузки на землю, описанных выше. Пользователю программы доступны варианты нагрузки на землю Марстона и призматической нагрузки на землю. Через интерактивные экраны могут быть получены конструктивные особенности (материал обратной засыпки, высота покрытия, усилие уплотнения и т. д.), в которых пользователю предлагается ввести данные или выбрать типичные значения из списка. Кроме того, единицы для ввода и вывода определяются пользователем, что позволяет использовать метрические или английские единицы измерения, что особенно удобно для тех, кто работает с обеими. Что касается динамических нагрузок, доступно несколько опций: программное обеспечение может моделировать стандартные временные нагрузки автомагистралей, железных дорог и аэропортов, а также нестандартные ситуации с динамическими нагрузками. Одноколесные нагрузки, давление от двух проезжающих грузовиков и нестандартные временные нагрузки (в которых нагрузка и образец определяются пользователем) вычисляются с использованием метода, аналогичного методу Буссинеска, представленному выше. Программное обеспечение определяет временные нагрузки на заданных пользователем глубинах, используя интегрированные формулы Буссинеска. Кроме того, программное обеспечение можно использовать для расчета долговременного прогиба гибкой трубы, используя принципы, которые будут описаны нами дальше.