Справочное руководство по трубам ПВХ. Часть 25

Также интересно отметить, что для испытаний при разных температурах с одинаковой плотностью почвы могут наблюдаться особые эффекты. Например, отклонение равновесия немного больше при более высоких температурах, потому что эффективная жесткость трубы ниже, а время достижения равновесия короче при более высоких температурах, поскольку система грунтовых труб может взаимодействовать с большей скоростью для его достижения. Также во всех случаях достигается равновесный прогиб, а для испытанного диапазона температур после достижения состояния равновесия трубы не отклоняются за его пределы. Долгосрочные испытания проводятся так, чтобы нагрузка на трубу оказывалась практически мгновенная, что дает значительное преимущество перед испытаниями в условиях траншеи или насыпи, при которых требуется значительное количество времени, чтобы полная нагрузка достигла трубы – вплоть до дней, месяцев или даже лет. Когда длительные испытания проводятся в траншеях или насыпях, изменение прогиба со временем происходит из-за увеличения нагрузок и уплотнения грунта. Изменение прогиба во времени в условиях насыпи больше, чем то, что измеряется при точечных испытаниях, поскольку последние представляют собой испытания под постоянной нагрузкой.

Существенным моментом является то, что отклонения равновесия для условий насыпи такие же, как и для условий быстрых испытаний. Другие факторы, созданные искусственно (такие как временные нагрузки) или под воздействием окружающей среды (например, грунтовые воды), могут привести к увеличению нагрузки после первоначального равновесия прогиба. Результатом является постепенное увеличение прогиба до тех пор, пока боковая консолидация грунта не станет достаточной для восстановления равновесия. Так, увеличение прогиба через определенное время после установки может происходить из-за того, что уровень грунтовых вод весной достигает зоны заглубления трубы, при этом постепенное увеличение сопровождается обновлением равновесия. Также известны долгосрочные данные по прогибу, полученные для труб из ПВХ за 5-летний период. Здесь важно заметить, что все значительные прогибы происходят в первые несколько недель, когда нагрузка и жесткость достигают равновесия. Обширные исследования установили, что любая заглубленная в землю гибкая труба (например, из стали, стекловолокна, термопласта, высокопрочного чугуна) будет продолжать отклоняться до тех пор, пока окружающая почва уплотняется. Таким образом, как указывалось ранее, свойства ползучести материалов труб мало влияют на долговременные характеристики прогиба гибкой трубы, заглубленной в грунт. В большинстве случаев коэффициент запаздывания прогиба (DL) 1,5 консервативно учитывает долгосрочные эффекты уплотнения грунта. Тем не менее, в качестве альтернативы, конструкция может быть основана на ожидаемой призматической нагрузке и DL = 1,0.

Таким образом, трубопроводная система может быть спроектирована с известным запасом прочности при условии наличия достаточного количества данных эмпирических испытаний. При сборе данных труба была установлена аналогично тому, как это используется в реальной практике, а высота покрытия увеличивалась до тех пор, пока не были превышены уровни производительности. Процедуру повторяли много раз, и была построена надежная эмпирическая кривая зависимости производительности трубы от высоты заполнения. Использование таких эмпирических кривых или данных устраняет необходимость определения фактического давления почвы, поскольку характеристики трубы как функция высоты покрытия определяются напрямую. Альтернативными эмпирическими подходами к изучению механизма отклонения являются изучение реальных полевых установок, а также имитация земного покрова в испытательной емкости с грунтом, достаточно большой, чтобы превышать пределы производительности трубы. Было бы сложно получить данные для самых разнообразных условий установки в полевых условиях, поэтому один из альтернативных вариантов – это тщательно выбирать основы проектирования с учетом основных параметров установленной трубы. Критические основы проектирования: состояние насыпи (результаты консервативны для любого сценария), а также долговременный прогиб, при котором должны быть обязательно включены факторы запаздывания.

Дополнительным преимуществом этого подхода является то, что пределы производительности, такие как раздавливание, кольцевой прогиб, деформация и продольный изгиб стенок, могут быть проанализированы с помощью одного испытания. Американскими специалистами было проведено сравнение ожидаемого прогиба для труб из ПВХ с двумя значениями жесткости, и исследователи обратили внимание на преимущество трубы с более высокой жесткостью в плохих почвах. Эти данные были получены с использованием программного обеспечения Uni-Bell для расчета прогиба. Далее будем рассматривать пределы производительности, и сначала расскажем о некоторых общих моментах. Пределы производительности устанавливаются для предотвращения тех условий, которые могут поставить под угрозу эффективную работу трубопровода. Вот перечень критических условий, учитываемых при проектировании трубопровода: напряжение, усталостная прочность, обратная кривизна, продольный изгиб, кольцевой изгиб, локальные изгибы, раздавливание стенок, деформация. Предел характеристик напряжения описывает любое приложение внутреннего давления, при котором кольцевые напряжения в стенке трубы из-за приложенного давления превышают расчетную прочность трубы. Предел прочности для труб из ПВХ уже обсуждался в предыдущих частях цикла.