1、Sichuan Building MaterialsVol.41，No.2April，2015第41卷第2期2015 年 4 月HDPE双壁波纹管最大覆土厚度的研究肖开冬(重庆市市政设计研究院,重庆 400020)作者简介:肖开冬(1984 - ),男,江苏泰兴人,硕士研究生,工程师,主要从事市政给排水设计工作。摘 要: HDPE双壁波纹管敷设于地下时受外压荷载的影响,易产生变形,为保证变形率小于5%,利用环刚度的计算方法推导最大覆土厚度,并举例计算出环刚度为SN4(4 kN/ m2)、SN8(8 kN/ m2)时的最大覆土厚度,为设计提供依据。关键词: HDPE;环刚度;最大覆土厚度中图分类
2、号: TU992 24文献标志码: A文章编号:1672 -4011(2015)02 -0077 -02DOI:10.3969/ j. issn.1672 -4011.2015.02.038Study on the Maximum Covering Soil Thickness ofHDPE Double - wall Corrugated PipeXIAO Kaidong(ChongQing Municipal Designing Research Institute, Chongqing400020, China)Abstract: HDPE double - wall corrugate
3、d pipe buried inthe ground is easy to produce deformation by external pressureload. The maximum thickness of overlying soil is deduced by thering stiffness calculation method under the condition of deforma-tion rate less than 5%. To provide basis for design, the papergive an example of calculate the
4、 maximum thickness of overlyingsoil when the ring stiffness is SN4(4 kN/ m2 )and SN8(8 kN/m2).Key words: HDPE; ring stiffness; maximum coveringsoil thickness0 前 言HDPE双壁波纹管最大覆土厚度取决于环刚度、管径等因素,其中环刚度是主要因素。环刚度又名环向弯曲刚度,是指管道抵抗环向变形的能力,是埋地塑料排水管的关键性能。为了保证塑料埋地排水管在外压荷载下安全工作,环刚度的选择是设计中的关键。如果管材的环刚度太小,管材可能发生过大变形或出
5、现压屈失稳破坏。反之,如果环刚度选择得太高,必然采用过大的截面惯性矩,将造成用材太多,成本过高1。1 最大覆土厚度的计算原理管道的最大覆土厚度主要取决于管道外压荷载,由于外压荷载比较复杂,按其性质可分为永久作用和可变作用两类2,其中永久作用荷载主要包括土壤压力(竖向和侧向)等,可变作用荷载主要包括地面荷载(堆积荷载和车辆荷载)等。HDPE双壁波纹管在永久荷载和可变荷载组合作用下的最大竖向变形可按下式计算3:Wd,max = DL Kd(Fsv,k + qqvkD0)8Sp + 0 061Ed(1)式中Wd,max管道在组合荷载作用下的最大竖向变形,m;DL变形滞后效应系数,可根据管道胸腔回填密
6、实度取1 2 1 5;Kd管道变形系数,根据管道敷设基础中心角2按表1选用;Fsv,k每延米长管道管顶的竖向土压力标准值,kN/ m;q可变荷载准永久值系数,取0 5;qvk车辆荷载传递到管顶处的竖向压力标准值,kNm2;D0管道的计算直径,m;Sp管材的环刚度,kN m2;Ed管侧土的综合变形模量,kN/ m2,由试验确定,当无试验资料时,可按CECS 164:2004埋地聚乙烯排水管管道工程技术规程附录C计算。表1管道变形系数Kd敷设基础中心角2 20 45 60 90 120 150变形系数Kd 0 109 0 105 0 102 0 096 0 089 0 083不同管顶覆土厚度下每延
7、米长管道管顶的竖向土压力标准值,可按下式计算:Fsv,k = sHsD0 (2)式中s回填土的重力密度;,可取18 kN/ m2;Hs管顶至设计地面的覆土高度, m。作用在管道上的可变(地面车辆荷载或地面堆积荷载)标准值可参照06MS201 - 2市政排水管道工程管道结构设计规范第10页表4。埋地聚乙烯排水管道在外压力作用下,其竖向直径的变形率应小于管道直径允许变形率5% 4,即 = Wd,max / D05%,否则管道及管道接口易破坏,导致渗水,影响路基的安全。因此,由式(1)、(2)可得:=DLKd(sHs + qqvk)8Sp + 0 061Ed(3)即 Hs 1rs0 05(8Sp +
8、 0 061Ed)DLKd - qqvk (4)2 最大覆土厚度的计算2 1 算 例由设计地面开槽施工的HDPE雨水重力管道埋设于车辆荷载为城- A级的车行道下,管道敷设基础中心角2 =90,基槽开挖坡度为10 25,管侧采用粗砂回填,压实度 95%,沟槽两侧回填采用最大粒径小于40 mm的砂砾石回填,压实度 90%,砂垫层厚度及槽底每侧工作宽度详(下转第80页)77Sichuan Building MaterialsVol.41，No.2April，2015第41卷第2期2015 年 4 月表8各Pushover工况下的性能点Pushover工况X正方向X负方向Y正方向Y负方向基底剪力/ (
9、V/ kN) 7 382 4 7 715 1 5 738 9 5 512 6顶点位移/ (D/ mm) 48 8 46 7 45 8 42 5从表8可知: X、 Y方向性能点对应的结构顶层位移最大值分别为48 8、 45 8 mm,顶点位移与结构总高度的比值分别为1/337、 1/359,远小于规范要求的1/50。表9各Pushover工况下的最大层间位移角Pushover工况X正方向X负方向Y正方向Y负方向最大层间位移角1/222 1/228 1/233 1/239从表9可知; X、 Y方向性能点对应的结构最大层间位移角分别为1/222、 1/233,远小于规范要求的1/50。表10各Pus
10、hover工况下的性能点对应的塑性铰发展情况Pushover工况塑性铰总量A to IO铰数量IO to LS铰数量X正方向梁铰324 255(79%) 69(21%)柱铰186 186(100%) 0(0%)X负方向梁铰324 258(80%) 66(20%)柱铰186 186(100%) 0(0%)Y正方向梁铰324 271(84%) 53(16%)柱铰186 186(100%) 0(0%)Y负方向梁铰324 218(67%) 105(33%)柱铰186 186(100%) 0(0%)从表10中可以看出,结构在各性能点处的塑性铰发展情况:框架柱没有铰屈服,框架梁部分铰进入屈服,但其能力水平
11、均为“生命安全”。3 结语与展望本文对屈曲约束支撑钢筋混凝土框架结构的实例工程进行弹塑性分析。无论从弹塑性时程分析结果还是Pushover分析结果来看,该结构均有较好的抗震性能:结构有较理想的屈服机制,先是有部分框架梁进入屈服,接着部分屈曲约束支撑开始屈服,同时更多的框架梁进入屈服,最后少量框架柱开始屈服,形成了“强柱弱梁”的屈服机制,且支撑与框架起到了二道防线的作用;罕遇地震作用下,结构的抗倒塌能力较强(最大顶点位移与结构总高度的比值及最大层间位移均远小于规范限值)。本文仅对屈曲约束支撑钢筋混凝土框架结构的抗震性能做了分析,未对其经济性进行分析,接下来希望对其经济性进行全面考察,以作为推广使
12、用这一结构形式的较充分的依据。 ID: 001837参考文献:1 清华大学,西南交通大学,北京交通大学土木工程结构专家组.汶川地震建筑震害分析J.建筑结构学报,2008,29(4):1 -9.2 吴振波,周献祥,谢伟,等.汶川地震建筑震害调查统计与抗震设计思考J.建筑结构,2010,40(S1):144 -148.3 北京金土木软件技术有限公司,中国建筑标准设计研究院.SAP2000中文版使用指南M.北京:人民交通出版社,2006.4 高向宇,张慧,杜海燕,等.国标Q235热轧钢材防屈曲支撑抗震性能试验研究J.建筑结构,2008,38(3):91 -95.5 GB50011 -2010建筑抗震
13、设计规范S. (上接第77页)见表2。表2砂垫层厚度及槽底每侧工作宽度mm直径300 400 500 600 800外径346 464 575 697 932砂垫层厚度150 150 150 200 200管槽底每侧工作宽度300 300 300 400 4002 2 最大覆土厚度根据2 1算例的介绍,经计算, HDPE双壁波纹管不同管径对应的Ed值详见表3,变形滞后效应系数DL取1 5,管道变形系数Kd =0 096。表3不同管径时管侧土的综合变形模量管径/ mm D300 D400 D500 D600 D800Ed / (kN m2) 6 279 6 068 5 912 5 981 5 8
14、08图1 不同管径对应的最大覆土厚度设计中HDPE双壁波纹管常用的环刚度有SN4(4 kN/m2)、SN8(8 kN/ m2)等系列,经计算,环刚度为SN4、 SN8时不同管径的最大覆土厚度详见图1。由图1可以看出,环刚度相同时,管径越大,最大覆土厚度基本呈下降的趋势;管径相同时,环刚度越大,最大覆土厚度越大,两种环刚度对应的最大覆土厚度相差约0 7 m。3 结 论从理论上计算出D300 D800 HDPE双壁波纹管不同环刚度对应的最大覆土厚度,在保证市政排水管道安全可靠前提条件下,选定管道环刚度时,为排水管道最大覆土厚度的设计提供依据,以免环刚度选择过低时,管材变形率超过5%,出现管材破坏渗漏,影响路基安全。ID: 001727参考文献:1 赵金涛,姚婷.埋地塑料圆形管道环刚度计算J.河海大学学报:自然科学版,2012,56(4):393 -396.2 GB50332 -2002给水排水工程管道结构设计规范S.3 06MS201市政排水管道工程及附属设施S.4 CECS 164:2004埋地聚乙烯排水管管道工程技术规程S.08
