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1、给水排水工程理地玻璃纤维增加塑料夹砂管管道结构设计规程（条文说明）http:/WW日期：2006-08-25 阅读：17 字体：大中 小 双击鼠标滚屏1总则1.0.1随着国内玻璃纤维增加塑料夹砂管产品产量和应用范围的扩大，急需出台适应我们我国工程特点的工程建设技术标准，以指导工程设计工作。为了在给水排水工程中进一步推广使用玻璃纤维增加塑料夹砂管管道时，平安合理地采用管材的性能特点，确保工程质量，制定本规程。1 .0.2给水排水工程涉及面很广，除用于城镇公用设施外，各类工业企业中同样需要，因此会消失各种不同的输送介质条件。由于本规程依据的管材性能是以产品标准玻璃纤维增加塑料夹砂管CJ/T3079
2、规定的检测方法为基础，且输送介质温度条件对玻璃纤维增加塑料夹砂管的使用寿命有肯定影响，因此，本规程限定适用于输送介质温度低于40的埋地给水排水管道工程。对于有特别要求的埋地管道工程，可在进行相应的材料性能检测后，参考本规程的原则设计。1.0.3目前，我们我国玻璃纤维增加塑料夹砂管管道的结构设计主要由产品生产企业完成，产品设计与管道工程结构设计合一，这是一个职责不明的非正常状况。产品生产企业设计管道结构主要依据产品标准玻璃纤维缠绕增加热固性树脂夹砂压力管）JC/T838-1998附录D供应的设计方法，其设计原则与我们我国我国标准给水排水工程管道结构设计法律规范GB50332-2002规定的概率设
3、计法不全都。由于国内尚缺少对玻璃纤维增加塑料夹砂管管道性能参数的统计资料，因此，本规程实行与玻璃纤维缠绕增加热固性树脂夹砂压力管JC/T838-1998附录D给出的设计方法进行工程类比的方法，依据我国标准给水排水工程管道结构设计法律规范GB50332-2002规定的原则进行编制。1 管道结构设计采纳以概率理论为基础的极限状态设计方法。产品强度设计值以产品检验强度的标准值除以材料分项系数确定；管道的内力设计值以作用标准值乘以作用分项系数确定。2 依据目前国内玻璃纤维增加塑料夹砂管生产企业的产品工艺、质量和检验设施现状，本规程供应了与现行产品检验标准相配套的，在无长期性能试验资料条件下的，管材环向
4、强度标准值的确定方法。3 由于玻璃纤维增加塑料夹砂管管壁采纳多种材料复合制成，在荷载作用下应力分布简单。为了便于工程设计，本规程实行等效折算应力方法，将简单分布的层状体结构简化为匀质弹性体分析。4 依据我国标准给水排水工程管道结构设计法律规范GB50332-2002规定的原则，本规程对管道结构承载力的分析中，设计内水压力考虑了运行期间瞬时存在的残余水锤压力。5 由于目前国内尚缺少玻璃纤维增加塑料夹砂管纵向抗弯力量和刚性接口受力机理的试验数据，因此，本规程对于管道纵向结构的设计，要求实行合理设置柔性接口等构造措施，以降低由于地基不匀称沉降和地面荷载不匀称产生的纵向内力，同时亦可适应地震行波导致的
5、管道纵向变位。对于承受偶然荷载或修建在特别地基上的管道工程，如地震区、湿陷性黄土或膨胀土等地区，应依据我国现行有关标准进行设计，本规程未作重复规定。2 术语和符号本章的主要符号，依据下列原则确定：1 符号的构成方法以及主体符号和上、下标采纳的字母，均依照建筑结构设计术语和符号标准GB/T50083-97规定的原则确定。与给水排水工程管道结构设计法律规范GB50332-2002规定的符号协调全都。其他相关技术标准已经采纳的符号，本规程尽量引用。2 在产品标准玻璃纤维缠绕增加热固性树脂夹砂压力管JC/T838-1998附录D中已列出的特地符号，本规程基本引用。3 国际上广为采纳的符号本规程尽量引用
6、。3管材3.1 质量要求3.1.1 我们我国目前已实施的三本关于玻璃纤维增加塑料夹砂管道的产品标准，其中玻璃纤维缠绕增加热固性树脂夹砂压力管JC/T838-1998和离心浇铸玻璃纤维增加不饱和聚酯树脂夹砂管JC/T6957998为建材行业标准；玻璃纤维增加塑料夹砂管CJ/T30797998为城建行业标准。建材行业标准充分体现了产品工艺不同的特点，但由于检测标准上的差异，造成了产品性能参数因基准点不同而不能确定为管道的设计参数。城建行业标准的适用范围涵盖了目前国内产品的定长缠绕、连续缠绕和离心浇铸三种加工工艺，且检测标准与性能参数指标进行了统一，因此本规程以符合城建行业标准玻璃纤维增加塑料夹砂管
7、CJ/T30797998的产品性能作为编制依据，以建材行业标准所体现的产品特性作为参考。3.1.2 玻璃纤维增加塑料夹砂管管壁一般分为内衬层、结构层和外表面层。内衬层为富树脂层，主要起防渗漏、防腐蚀作用；结构层由内外两层树脂纤维增加层和中部树脂砂浆层组成，作为管道的承力体系沙卜表面层为富树脂层，主要起防止管道老化和耐土壤中腐蚀介质侵蚀的作用。影响管道防渗性能的主要因素是内衬层树脂的含量，影响耐腐蚀性能的主要因素是树脂类型。由于管道结构层树脂主要起支撑纤维的作用，一般不具备强抗渗力量，且玻璃纤维长期在液体浸泡下会造成力学性能降低，因此，为保证产品长期性能稳定牢靠，本规程强调了应加强对内衬层和外表
8、面层抗渗和耐腐蚀性能的设计。对于输送饮用水的管道，管材对水质不得产生不良影响是基本原则。因此，直接接触水的管道内表面树脂必需符合现行我国标准生活饮用水输配水设施及防护材料的平安性评价标准GB/T17219和生活饮用水卫生标准GB5749的要求。3.2设计计算指标3.2.1、3.2.2玻璃纤维增加塑料夹砂管的压力等级和刚度等级值为产品性能特征值。本规程供CJT-管刚度等级压力等级应的等级分类系引用行业标准玻璃纤维增加塑料夹砂管CJ/T3079T998的规定。产品标准对产品标记已进行规定，工程选用的管材必需按规定标明的刚度等级和压力等级采纳。玻璃纤维增加塑料夹砂管CJ/T3079-1998规定的产
9、品标记方法为：公称宜径生产工艺产品代号其中生产工艺：I一定长缠绕工艺，H-离心浇铸工艺，HI连续缠绕工艺。例如，采纳定长缠绕工艺制造、公称直径为1200mm,压力等级为0.6MPa,刚度等级为5000Nm2的玻璃纤维增加塑料夹砂管应标记为：RPMP-I-1200-0.6-5000CJ/T30791998管道压力等级表示管材的最大允许工作压力值,它涵盖了管材的纵向抗拉强度和环向抗拉强度，依据标准试验方法检测所得的管材长期静水压力或初始失效压力确定。行业标准玻璃纤维增加塑料夹砂管CJ/T30791998规定的检测方法，包括初始环向拉伸强力检测、短期失效水压检测和长期静水压设计基准试验，以试件强度下
10、降、试验水压降低或管材渗漏为破坏特征。由于本规程将环向拉伸强度设计基精确定为管道设计压力，因此，第3.2.1条规定管材的初始短期失效水压不应小于管道设计内水压力。本规程所规定的G系数，与产品标准的检测限定标准全都。本规程建议的压力等级是产品标准规定的特定值，随着玻璃纤维增加塑料夹砂管的应用范围口渐扩大，工程中的管道压力等级也有扩大范围和加细的趋势。因此本规程提出，可依据本规程规定的原则增加其他压力等级。管道的刚度等级是以N/Di?为单位的管材环向初始特定刚度的级别，是管材抗弯曲力量的标定值。行业标准玻璃纤维增加塑料夹砂管CJ/T3079-1998规定的检测方法，包括初始挠曲性检测和长期弯曲应变
11、试验，均以管道管壁结构分层、纤维断裂或管道环向截面屈曲为破坏特征。木规程第3.2.2条所规定的各参数的关系，与产品标准规定的检测限定标准全都，与压力等级增大范围相同。本规程也提出，可依据本规程规定的原则增加其他刚度等级。3.2.3玻璃纤维增加塑料夹砂管材的物理性能指标随产品加工工艺、树脂纤维材料的材质和组分等因素的变化而不同，本规程所列的指标值是依据国内产品数据统计确定的，可供设计参考。依据本规程规定的设计原则，设计时合理确定管道的环向弯曲弹性模量至关重要。影响管道环向弯曲弹性模量的主要因素为纤维材料的拉伸弹性模量、纤维含量和纤维在管壁断面的位置。它随纤维拉伸弹性模量（即材料的转变）和纤维含量
12、（压力等级转变）的提高而增长，随纤维在管壁断面的位置远离中面（内衬层占管壁厚度的比例减小）而增长，所以，在设计取值时，对高压力等级、大直径管道，管道环向弯曲弹性模量应取上限值，反之则取下限值。此外，对采纳离心工艺的管道，应留意管道壁厚的选取，应满意行业标准离心浇铸玻璃纤维增加不饱和聚酯树脂夹砂管JC/T695-1998规程对最小壁厚的规定（见表1）。表1量小变厚(JCT695-1998)(mm)管道直径(mm)刚度等级25005000100002003.74.24.92504.34.95.83005.15.97.03505.96.78.24006.27.18.65007.48.610.7600
13、8.910.412.770010.212.014.680011.213.516.590012.515.018.5100013.816.520.4120016.619.724.8140018.822.828.9160021.225.732.7180023.329.536.3200025.332.340.3220028.435.544.2240030.237.847.13.2.4由于玻璃纤维增加塑料夹砂管管壁采纳多种材料复合制成，各种材料的变形模量不同，因而在荷载作用下管壁各层应力分布特别简单。为了便于工程设计，本规程实行等效折算应力方式，将简单的层状体结构假定为匀质弹性体进行分析，运用弹性理论的
14、应力分析结果等效折算为管道试验中各种状态下的界定值。玻璃纤维增加塑料夹砂管管壁的等效折算强度标准值是依据管材长期性能指标确定的。本规程依据我国标准工程结构牢靠度设计统一标准GB50153-92规定的原则，管道长期力学性能指标值按50年设计使用期确定，依据行业标准玻璃纤维增加塑料夹砂管CJ/T3079T998规定的试验方法进行检测。对于其他设计使用年限的工程，应依据以上原则和相应的检测结果分析确定。由于使用温度和输送腐蚀介质对玻璃纤维增加塑料夹砂管材的力学性能有肯定影响，因此，管道长期力学性能指标都是在特定条件下（环境温度23C）检测取得的，管道工程的使用环境应与试验条件基本全都。本规程中管壁环
15、向等效折算拉伸强度标准值是依据长期静水压设计基准应力值HDB检测结果确定的。管道长期静水压设计基准应力值HDB为持续施加内水压力至50年时引起管道失效的管壁应力值，应依据行业标准玻璃纤维增加塑料夹砂管CJ/T3079T998附录A规定的管材长期静水压设计基准HDB试验方法确定。对未经长期静水压检测的管材，可依据行业标准玻璃纤维增加塑料夹砂管CJ/T3079-1998供应的管道初始失效压力检测方法确定管材短期失效压力值，或实行管道初始拉伸试验的环向抗拉强度检测，推算管材短期失效应力值，并以短期失效应力值为基础，推算长期静水压设计基准应力值。本规程供应了确定管壁环向等效折算抗拉强度标准值的相应计算
16、方法，即按长期静水压设计基准应力值为管材短期失效应力值的1/3取值。本规程环向抗拉应力的取值基础与行业标准玻璃纤维缠绕增加热固性树脂夹砂压力管JC/T838T998附录D不同。为了回避夹砂量和内衬层等因素的简单影响，本规程均以管壁总厚度为取值基准，与产品标准中环向拉伸强力的概念全都。3.2.5玻璃纤维增加塑料夹砂管管材的环向等效折算弯曲强度标准值是依据管材长期环向弯曲应变Sb检测结果确定的。管道长期环向抗弯应变Sb为在特定环境和介质条件下，持续施加荷载，管道消失失效时的管壁最大应变值，应依据行业标准玻璃纤维增加塑料夹砂管CJ/T3079T998附录B规定的管材长期环向弯曲应变Sb试验方法确定。
17、当无长期试验结果时，本规程按管材短期平行板挠曲试验B水平为基准，按相应管壁最大等效折算弹性应力乘以长期性能保留率取值。由于目前缺少提高弯曲强度长期性能保留率的牢靠资料，而Sb的取值对管道设计结果有肯定影响，本规程规定，弯曲强度长期性能保留率宜取1/3,当制管企业通过合理设计和工艺改革，使产品弯曲强度长期性能具有较高保留率时，应在出具牢靠的技术鉴定证明后，针对详细工程适当提高KtIn的取值，但不得大于1/2;当产品标准对此项系数提出调整规定时，应按产品标准的规定采纳。对于表3.2.5以外刚度等级的初始挠曲性B水平径向变形率，可按%/Do=3.24/巨!计算确定。由于行业标准玻璃纤维增加塑料夹砂管
18、CJ/T3079T998规定的长期环向弯曲应变最低限值为0.005.无法实行短期试验直接验证，因此本规程未采纳。3.2.6,3.2.7对管材的环向抗拉强度分项系数和管材的环向弯曲强度分项系数，实行与现行相关标准进行工程类比的方法确定，即Yh=L40、Yn1.20。4管道结构上的作用管道结构上的各种作用，均按我国标准给水排水工程管道结构设计法律规范GB50332-2002的规定给出。其中，管道设计内水压力标准值系按法律规范表3.3.4化学管材的下限值采纳，即1.4Kko本规程依据玻璃纤维增加塑料夹砂管为柔性管道，确定了竖向土压力标准值的计算方法。由于玻璃纤维增加塑料夹砂管为复合管材，管材结构的特
19、性参数均以试验结果为依据.依据试验方法和数据采集方式，参考国内外相关法律规范的通用做法，本规程规定管道结构上的作用中管自重和管内水重不参加计算。5结构设计5.1 一般规定虽然国内玻璃纤维增加塑料夹砂管生产和使用时间己有十几年历史，但尚未积累足够的牢靠工程数据，目前，其设计方法和设计参数均引自国外标准。编制本规程是在遵循我国现行管道设计基本原则的条件下，考虑目前工程现状，采纳与国内较多使用的美国AWWA系列标准进行工程类比的方法，分析确定极限状态设计表达式中各项设计系数的取值。本规程以管道在长期使用条件下，管壁消失明显分层、纤维拉伸破坏、断裂或截面屈曲等现象,视为管道达到承载力量极限状态；以管道
20、在长期使用条件下，在常规荷载作用下竖向变形超过允许限值，视为管道达到正常使用极限状态。表达式中的作用分项系数、作用组合系数、结构构件抗力分项系数和结构重要性系数均依据现行我国标准给水排水工程管道结构设计法律规范GB50332规定的原则确定。5. 2承教力量极限状态设计规定6. 2.1-5.2.3依据现行我国标准给水排水工程管道结构设计法律规范GB50332规定的原则，给出了承载力量极限状态的作用效应组合模式和计算要求。其中管道重要性系数Y。，对给水和排水工程中不同类别、不同牢靠度要求的管道，规定了不同的取值。7. 2.4-5.2.6依据现行我国标准给水排水工程管道结构设计法律规范GB50332
21、的有关规定,对玻璃纤维增加塑料夹砂管抗浮稳定、管壁环向稳定和管道敷设方向转变时抗滑稳定的抗力系数作了规定。8. 3正常使用极限状态设计规定5.3.1依据现行我国标准给水排水工程管道结构设计法律规范GB50332的有关规定，明确了玻璃纤维增加塑料夹砂管的正常使用极限状态变形验算，采纳作用效应的准永久组合。5.3.2管道最大竖向挠曲的限值是参考产品德业标准玻璃纤维缠绕增加热固性树脂夹砂压力管JC/T838-1998附录D的规定，以符合管道最大允许长期竖向挠曲值和工程使用对管道变形的限定值要求为确定原则。对于无长期试验结果的管材，管道最大允许长期竖向挠曲值经常为掌握条件。5.3.3管道的最大允许长期
22、竖向挠曲值Wa为反映在工程条件下管道抗弯曲力量的限定值。外形系数Df为反映管道在埋地条件下，在竖向荷载和侧向土压力作用下管道的非椭圆变形影响系数。依据现行我国标准给水排水工程管道结构设计法律规范GB50332和现行协会标准埋地给水排水玻璃纤维增加热固性树脂夹砂管管道工程施工及验收规程CECS129的有关规定，管周回填土体以夯实的粗颗粒土为主，本规程的外形系数参考了产品德业标准玻璃纤维缠绕增加热固性树脂夹砂压力管JC/T838-1998附录D中夯实砂土确定取值。5.3.4由于管道变形验算和强度计算均基于管道的最大竖向变形，当管道安装造成的初始挠曲增大时，必将降低管道的平安度，因此必需严格掌握竖向
23、变形，尽量减小。施工验收时，竖向允许挠曲值可按竖向土压力标准值计算，且变形滞后系数DL应按1.O取值。6承载力极限状态计算6.1 强度计算6.1.1 玻璃纤维增加塑料夹砂管管壁的强度计算分为三个准则：管道在设计压力作用下，管壁环向等效折算拉应力应小于管壁环向抗拉强度设计值（掌握管壁环向抗拉极限承载力准则。亦可采纳压力等级与管内水设计压力的关系式表示）；埋地管道在最大外荷载作用下，管壁环向等效折算弯曲应力应小于管壁环向弯曲强度设计值（掌握管壁环向抗弯曲极限承载力准则）；埋地管道在设计压力和外荷载组合作用下，管壁最大组合应力应小于管壁环向抗拉强度设计值（掌握管壁环向抗拉极限承载力准则）。6.1.2
24、 依据本规程的基本假定和编制原则，本条中管壁环向拉应力等效为匀质材料验算。6.1.3参考产品德业标准玻璃纤维缠绕增加热固性树脂夹砂压力管JC/T838-1998附录D规定的原则，采纳工程管道最大应变限制值计算管壁环向等效折算弯曲强度设计值。6.2稳定验算6.2.1依据现行我国标准给水排水工程管道结构设计法律规范GB50332规定的原则确定。6. 2.2由于玻璃纤维增加塑料夹砂管道的刚度相对较低，在敷设平面内方向转变处宜设置重力式支墩抗滑移，其稳定抗力包括管背土体的抗力和支墩底面与土体的摩擦力。7. 2.3,6.2.4依据现行我国标准给水排水工程管道结构设计法律规范GB50332规定的原则确定。
25、与产品德业标准玻璃纤维缠绕增加热固性树脂夹砂压力管JC/T838-1998附录D供应的验算原则和平安度水平基本全都。7变形验算8. 0.1,7.0.2这两条规定了玻璃纤维增加塑料夹砂管的最大竖向挠曲变形量及其计算公式。依据现行我国标准给水排水工程管道结构设计法律规范GB50332规定的原则，管道竖向变形采纳“斯氏”公式计算，与产品德业标准玻璃纤维缠绕增加热固性树脂夹砂压力管JC/T838-1998附录D供应的计算公式相同。关于变形滞后效应系数DL的取值原则，可见GB50332的条文说明。8. 0.8构造规定基于本规程对环向强度要求的提高，并综合考虑管材纵向强度与压力等级的确定原则，本条规定管道
26、的设计压力等级应高于管道的工作压力。9. 0.2基于管道内衬层对抗渗和抗腐蚀所起的重要作用，木规程对管道内衬层最小厚度作了规定。该厚度与产品德业标准玻璃纤维缠绕增加热固性树脂夹砂压力管JC/T838T998的有关规定全都。8.0.3目前，玻璃纤维增加塑料夹砂管之间的连接方式较多，一般随生产工艺不同而采纳不同的方式，因定长缠绕管可加工成型为管端承插口，故常采纳承插式连接；因离心管和连续缠绕管管端为平口，故多采纳套筒式或粘结式连接。当与钢管、铸铁管及其管件、泵或设施的连接采纳法兰连接时，建议采纳管端附加加工成型法兰的特别短管连接方式。由于玻璃纤维增加塑料夹砂管的纵向抗拉强度相对较差，且目前缺少管道
27、纵向梁式抗弯强度的检测标准，因此，本规程建议管道工程采纳非传力的柔性承插式接口或套筒式接口。8.0.4,8.0.5由于目前对玻璃纤维增加塑料夹砂管接口的尺寸没有统一标准，因此本规程仅提出了止水橡胶密封圈的尺寸标准，要求必需符合我国现行有关标准的规定，而未对接口间隙和橡胶圈尺寸、压缩率等详细参数作出规定。8.0.6,8.0.7由于目前国内尚缺少完备的管道纵向强度检测标准，木规程未对玻璃纤维增加塑料夹砂管的轴向强度计算分析进行规定，只实行了限制管段长度的构造措施，以缓解温度变化的影响,降低管道弯曲变形和管壁轴向应力。8.0.8埋地管道与相邻管道之间的水平净距不宜小于施工及维护要求的开槽宽度，以及设
28、置闸门井、检查井、止推支墩等附属构筑物要求宽度。与高温热力管道等管道之间的水平净距不宜小于1.5m,并应符合我国相关标准的规定。8.0.98.0.15依据现行我国标准给水排水管道工程施工岌验收法律规范GB50268对柔性管道施工的有关规定，以及现行协会标准埋地给水排水玻璃纤维增加热固性树脂夹砂管管道工程施工及验收规程CECS129的规定，对管道施工质量的掌握作出了相应的规定。8.0.16由于玻璃纤维增加塑料夹砂管为柔性管材，刚性的混凝土支墩不能与之协调工作，可能造成局部应力集中，对管体产生不利的影响，所以必需设置弹性垫层使其受荷匀称。附录A管侧回填土的综合变形模量本附录依据现行我国标准给水排水工程管道结构设计法律规范GB50332规定的柔性管道设计原则确定。当覆土高度超过Iom时，表A.O.1-1的规定值偏低。附录B管道在各种荷载作用下的竖向变形系数本附录给出的变形系数，采纳美国SPangler公式中所对应的各项系数。
