Справочное руководство по трубам ПВХ. Часть 27

Канализационные трубы из ПВХ в Европе, часть из которых находились в эксплуатации в течение 28 лет, были обнаружены в местах, где установка была выполнена не слишком качественно, или в условиях, когда труба была перегружена. Таким образом, большинство образцов оказались такими, которые работали сверх проектных пределов. Прогибы на испытательных площадках достигли 22%. В большинстве случаев эти экстремальные прогибы были результатом крупных камней внутри засыпки, которые действовали как точечные нагрузки на трубу. Результаты испытаний подтвердили, что даже несмотря на то, что большинство труб было нагружено таким серьезным образом, ни одна из них не получила структурных повреждений или разрушения. Испытания, проведенные на образцах, включали жесткость труб, способность к деформации, истирание и тестирование характеристик соединений труб. Аналогичное исследование было заказано компанией Uni-Bell в 1990 году, когда в качестве образца была выкопана и испытана канализационная труба DR 35 диаметром 10 дюймов (25 см). Несмотря на то, что труба находилась в эксплуатации в течение 15 лет и стандарты испытаний изменились за это время, труба была испытана в соответствии с текущими требованиями, и оказалось, что она соответствует всем требованиям, кроме внешнего диаметра, который, как было установлено, быть ниже указанного допуска на размер на 0,002 дюйма (0,005 см).

Эти исследования демонстрируют, что трубы из ПВХ сохраняют свои превосходные структурные характеристики и водонепроницаемость соединений в неидеальных условиях, подтверждая пригодность канализационных труб из ПВХ в качестве долговечного продукта. Также было предложено несколько других методов проектирования гибких безнапорных труб, наиболее известные из которых можно найти в целом ряде работ. Однако любая проверка конструкции с использованием этих альтернатив может потребовать более подробной информации. Мы же остановимся на не слишком известном у нас, но весьма перспективном североамериканским методе проектирования трубопроводов из ПВХ, который разработала организация AASHTO. В настоящее время AASHTO имеет два проектных документа, в которых содержатся почти идентичные спецификации для конструкции гибких труб. Во-первых, это стандартные технические условия для автомобильных мостов, где несколько разделов посвящены взаимодействию труб из термопласта с грунтом. Это был первый проектный документ AASHTO для труб из ПВХ. В руководстве использованы принципы расчета рабочего напряжения (WSD). Процедуры проектирования полностью совпадают с разделом того же документа, который касается гофрированных металлических трубопроводов.

Метод, известный как анализ конечных элементов (FEA), был разработан с развитием программного обеспечения: он был нужен для анализа сложных структурных систем. На протяжении многих лет этот метод применялся к нескольким другим типам задач в таких разнообразных предметах, как термодинамика, механика жидкости, аэродинамика и геотехническая инженерия. В частности, случай заглубленной гибкой трубы был рассмотрен рядом исследователей, которые разработали компьютерные программы FEA для нескольких видов труб. Последние версии этих вычислительных программ внесли свой вклад в исследование особых условий труб и монтажа, а также помогли в создании конструкции труб и монтажа. Также данные, полученные с помощью одной из программ (PIPE), подробно сравнивались с результатами физических испытаний пластиковых труб, что привело к многочисленным улучшениям и улучшенной корреляции с фактическими характеристиками трубы. Нелинейная модель грунта, параметры грунта, зависящие от напряжения, теория больших прогибов, моделирование уплотнения и другие функции – вот те улучшения, которые необходимы для точного прогнозирования взаимодействия грунта с трубой и производительности. Полное описание применения метода FEA к анализу заглубленных труб можно найти в книге Мозера «Проектирование подземных трубопроводов» (Moser, "Design of Buried Pipe").

Метод ATV для проектирования подземных труб – это нормативный акт, разработанный в Германии Ассоциацией инженеров по очистке сточных вод (ATV) в сотрудничестве с Ассоциацией коммунальных городских очистных сооружений (VKS). С момента его принятия в Германии в 1984 году, метод ATV стал более широко использоваться в Европе и был принят как один из основополагающих для разработки стандартов ISO. Хотя метод ATV обеспечивает более строгую обработку расчетов прогиба и нагрузки, чем формулировка Спенглера или Уоткинса, его применение гораздо сложнее и требует много времени. Кроме того, не замечено достаточной разницы в результатах, чтобы оправдать ее использование, за исключением трубы с низкой жесткостью. Однако есть область, рассматриваемая методом ATV, которая не рассматривается в других аналитических методах, кроме FEA. Это включение коэффициента zeta, который изменяет модуль упругости грунта в зоне заглубления трубы, чтобы учесть различные грунты или материалы модуля упругости в ненарушенной стене траншеи. Однако более подробно об этой интересной методике мы поговорим в следующий раз, а затем приступим к рассмотрению проектирования трубопроводных систем с учетом особенностей монтажа.