Технические решения для промышленности
Закрыть
Технические решения для промышленности
Технологии

Справочное руководство по трубам ПВХ. Часть 26

7 сентября 2020
Справочное руководство по трубам ПВХ. Часть 26
Автор
Автор статьи: Александр Костромицкий

Эту часть начнем с рассмотрения предела усталостных характеристик труб ПВХ. Несмотря на то, что предел усталостных характеристик может учитываться как в напорных, так и в самотечных трубопроводах, большинство систем распределения питьевой воды и сантехнических систем с самотечным потоком работают в условиях, не требующих рассмотрения усталости материала в качестве предела производительности. ПВХ подобен большинству материалов в том, что он может разрушиться при напряжениях ниже, чем его прочность, поэтому важно определить, будет ли происходить ли повторяющееся приложение напряжения с достаточно высокой частотой и постоянной величиной в течение определенного периода времени. Циклические изменения напряжения могут быть вызваны внутренними импульсами давления и эффектами гидравлического удара, или циклы напряжения могут быть вызваны внешними нагрузками, такими как транспортные нагрузки на трубопроводы на малых глубинах.

Характеристики канализационных труб из ПВХ, подверженных динамическим нагрузкам на небольшой глубине, оценивались в геотехнических лабораториях Европы и США (например, на экспериментальной станции инженерных путей американской армии). Типичные результаты широко задокументированы, и на основании этих данных был сделан вывод, что трубы из ПВХ очень хорошо работают в широком диапазоне нагрузок, характерных для автомобильных дорог, а также легких и средних воздушных перевозок, то есть могут прокладываться под большинством аэропортов. Все испытания проводились под гибким битумным дорожным покрытием. Минимальная высота покрытия была принята за 3,6 м, что рекомендуется для труб из ПВХ с размерным соотношением DR 35. Нагрузки от транспортных средств моделировались из расчета до 9 тонн на одну ось транспортного средства. Специалисты выяснили опытным путем, что при нагрузках от самолета до 160 тонн, рекомендуется минимальная глубина заглубления всего лишь 0,6 м. Чтобы предотвратить растрескивание дорожного покрытия, особое внимание следует уделить выбору, размещению и уплотнению насыпного материала вокруг неглубокой заглубленной гибкой трубы (например, трубы из ПВХ), лежащей под жестким покрытием.

Справочное руководство по трубам ПВХ. Часть 26

Предел характеристик так называемой обратной кривизны для гибкой стальной трубы был установлен вскоре после публикации формулы Спенглера (рассматривалась ранее), когда было определено, что гофрированная стальная труба демонстрирует обратную кривизну при прогибе около 20%. В то время при проектировании предусматривался предел прогиба в 5%, что обеспечивало коэффициент прочности конструкции 4,0. Заглубленная канализационная труба из ПВХ, отклоняясь в ответ на внешнюю нагрузку, может продемонстрировать заметное изменение кривизны на обратную при 30% отклонении. Этот уровень прогиба обычно обозначается как консервативный предел производительности канализационных труб из ПВХ. Исследования показали, что несущая способность канализационных труб из ПВХ продолжает увеличиваться, даже если прогиб значительно превышает точку изменения кривизны. Принимая во внимание эту рабочую характеристику канализационных труб из ПВХ, инженеры обычно рассматривают предел прогиба 7,5%, рекомендованный европейскими и американскими стандартами, как обеспечивающий очень консервативный фактор безопасности от разрушения конструкции. Подобно методике, применяемой для стальных труб, результирующий коэффициент структурной безопасности для канализационных труб из ПВХ составляет 4,0. Из этого можно сделать очень простой вывод о том, что никакой разницы в надежности материалов с учетом их прочности, нет, что противоречит выводам специалистов из ассоциации DIPRA, которые безуспешно пытались доказать преимущества чугунных труб перед пластиковыми.

Справочное руководство по трубам ПВХ. Часть 26

Теперь рассмотрим предел производительности труб ПВХ при продольном изгибе и прежде всего заметим, что преднамеренный или непреднамеренный продольный изгиб трубопровода всегда следует контролировать. В отличие от «жестких труб» (металлических, бетонных), трубы из ПВХ не ломаются при отклонении, но изгибаются. Такой изгиб не ухудшает эксплуатационные характеристики трубопровода из ПВХ, и только изгибы с коротким радиусом должны считаться ограничивающими для характеристик трубы из ПВХ. Дополнительная информация о продольном изгибе будет представлена в следующих частях цикла, а пока перейдем к такому показателю, как предел устойчивости к кольцевой деформации. Кольцевой изгиб может определять конструкцию гибких труб в условиях внутреннего вакуума, подводного монтажа или заглубления в рыхлом грунте. Для круглых труб, подверженных равномерному внешнему давлению или внутреннему вакууму, критическое давление потери устойчивости (Pcr) было определено Тимошенко, который использовал такие переменные, как собственно Pcr = критическое давление потери устойчивости, а также E = модуль упругости материала трубы, I = момент инерции поперечного сечения стенки на единицу длины трубы, r = средний радиус трубы и PS = жесткость трубы. Также известно, что локальные потери устойчивости профиля являются проблемой, ограничивающей конструкцию некоторых термопластичных труб. Оценки профильных труб из ПВХ показали, что локализованное коробление здесь не играет роли.

Кроме того, исследования показали, что гибкие стенки стальных труб могут изгибаться при прогибах, значительно меньших 20%, если нагрузка велика, а почва, окружающая трубу, чрезвычайно уплотнена. Основываясь на этих наблюдениях, Х. Л. Уайт и Дж. П. Лайер предложили теорию кольцевого сжатия для проектирования подземных гибких труб. Эта теория предполагала, что засыпка была сильно уплотнена и что прогиб был незначительным, а предел производительности приводил к разрушению стенок. Еще один важный параметр – деформация, которая, как правило, не является ограничивающим фактором для подземных труб из ПВХ. Полная деформация в стенке трубы может быть вызвана двумя факторами: кольцевым напряжением в стенке трубы и изгибом трубы при ее деформации. Определение деформации из-за кольцевого напряжения несложно: если предполагается однородная стенка и можно пренебречь концентрациями давления, то можно воспользоваться некоторыми готовыми формулами. Далее отметим, что трубы из ПВХ более терпимы к деформациям сжатия, чем к деформациям растяжения, поскольку последнее, если оно велико, может вызвать растрескивание трубы из ПВХ. Деформация растяжения от приложенного внутреннего давления, если таковое имеется, должна быть добавлена к максимальной деформации изгиба от кольцевого прогиба при расчетах максимальной комбинированной деформации. И наоборот, деформации сжатия из-за внешних нагрузок на грунт следует вычесть, чтобы получить максимальную комбинированную деформацию.

Справочное руководство по трубам ПВХ. Часть 26

В ходе обширных исследований канализационных труб из ПВХ, подвергающихся постоянной деформации, было обнаружено, что деформация материала трубы, вызванная прогибами до 20%, не вызывала разрушения в течение 50-летнего периода. Фактически, окончательное испытание (на примерах выкопанных заглубленных труб) продемонстрировало, что трубы из ПВХ успешно работают в условиях канализации, где они постоянно используются с 1962 года в США, а в Европе еще со времен Второй мировой войны. В более поздних исследованиях 16 образцов канализационной трубы из ПВХ были отклонены на целых 25%, что соответствует относительной деформации в стенке трубы 2,5%. Ни один из 16 образцов труб, которые хранились как в чистой воде, так и в воде с 2% детергента, не показал отказов или трещин после выдержки под нагрузкой более 22 лет. В исследовании Мозера полосы и кольца из ПВХ, полученные из трубы из ПВХ, как в продольном, так и в направлении по окружности, были испытаны в условиях жесткой однородной деформации (которая более критична, чем деформация изгиба, связанная с прогнутой заглубленной трубой). После более чем 22 лет наблюдений не было никаких признаков того, что какой-либо из образцов, деформированных до прогиба 5, 10, 15, 25, 40 или 50%, в будущем не выдержит нагрузки. Фактически, продольные образцы были способны выдерживать постоянные деформации, приближающиеся к 100%. Таким образом, делается логичный вывод, что деформация не является практическим критерием, ограничивающим конструкцию трубопроводов из ПВХ.

Справочное руководство по трубам ПВХ. Часть 26

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.

комментарии
Комментариев нет

Прежде, чем Вы сможете добавить свой комментарий, он будет проверен администратором.
вернуться назад