DN3100玻璃钢管设计书

新疆引额济乌一期一步工程小洼槽倒虹吸工程DN3100玻璃钢夹砂压力管道设计书衡水华成玻璃钢有限公司-2-目录概述第1章设计条件与设计参数分析1.1设计条件1.2第2章玻璃钢夹砂管的材料设计及材料性能参数2.1玻璃钢夹砂管道材料的强度与刚度设计参数2.2玻璃钢夹砂管道材料设计方法简介2.3原材料选择及性能2.4玻璃钢夹砂管道管体刚度计算机设计2.5玻璃钢夹砂管道管体强度计算机设计2.6玻璃钢夹砂管道承口计算机设计2.7玻璃钢夹砂管道插口计算机设计第3章玻璃钢夹砂管道结构校核计算3.13.2刚度计算3.3挠曲变形计算3.4环弯曲计算3.5内压应变计算3.6外压稳定计算3.7第4章关于玻璃钢夹砂管道接头设计4.14.24.3密封圈选型以及相关压缩参数设计4.4管道接口结构尺寸设计4.5管接头的偏转角分析4.5管接头的热胀冷缩的伸缩量的影响第5章玻璃钢夹砂管道的防渗措施5.15.2管接头抗渗措施5.3在坡度下埋设条件下防止管道脱节的措施-3-5.4两种试压孔设计方案防渗措施比较第6章玻璃钢夹砂管道设计成果6.1玻璃钢夹砂管道设计结果6．2玻璃钢夹砂管道的基本性能6．3结构尺寸图第7章管道检验、安装、运输及储存说明7.1玻璃钢管道的检验7.2管材、管件的包装与堆放7．3玻璃钢夹砂管道的运输附录图管道结构尺寸图管接头设计图管道安装图接口连接打压示意图-4-概述本设计书是依据新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局和新疆水利水电勘测设计研究院，提供的引额济乌一期一步工程小洼槽倒虹吸玻璃钢管道工程的设计条件和技本设计书引用的标准和规范规程是：2.JC/T838－1998玻璃纤维缠绕增强热固性树脂夹砂压力管；3.CJ/T3079－1998玻璃纤维增强塑料夹砂管；4.HG/T3091－1997给排水管道用的橡胶密封圈胶料；5.GB5749－1994生活饮用水卫生标准；6.GB/T13115－1991食品容器及包装材料用不饱和聚脂树脂及其玻璃钢制品卫生标准；7.GB/T17219－1998生活饮用水卫生输配水设备及防护材料的安全评价标准；8.GB50268－1997给水排水管道工程施工及验收规程；其他相关规范规程2.CECS玻璃钢夹砂管道施工及验收规程（中国工程建设标准化协会）；3.ASTMD3839－89-5-第1章设计条件与设计参数分析§1.1设计条件根据新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局和新疆水利水电勘测设计研究院提供的设计条件，该工程使用两根玻璃钢夹砂管采用单管单沟沟埋式，单管全长5.345km,内径为φ3100mm，最大静水压力为0.46MPa,采用玻璃钢夹砂管道。双管设计流量为30.5m3/s，加大流量为35m3/s。1.1.1地质主要参数小洼槽位于顶山隧洞南侧，呈NWW向分布，总长约50km，宽3-8km，倒虹吸穿越宽5.2km。总地势由南东向北西倾斜，倒虹吸通过处，洼地两岸高程579m，沟底高程549m，相对高差30m，洼地内发育几条宽5-7m,深1-5m的冲沟，沟内有洪水流过的痕迹。洼槽沟底地形平坦开阔，南岸斜坡段地形坡度5-15度，沟底内发育有冲沟，冲沟与倒虹吸管近于正交，施工期有洪水的影响。该沟底普遍分布第四系冲洪积砂壤土，结构疏松，厚度在1.0-1.5m；下伏基岩为第三系中新统砂岩、泥质砂岩、砂质泥岩互层，半胶结，砂岩遇水软化，泥岩遇水膨胀，失水干缩。该段强分化层厚3-5m,弱分化层厚5-7m.其干密度：1.66g/cm3；抗压强度为：（干）0.93MPa；（天然）0.14MPa；抗剪强度（天然）：C＝85Kpa，φ=29°30′;砂质泥岩的膨胀量为16%，膨胀力为17.6KPa，属于中强膨胀岩；洼漕沟底分布有潜水，地下水位埋深：17.85米；地下水中含有硫酸根离子，含量417mg／L，对普通混凝土具有硫酸盐中等腐蚀性。1.1.2本工程玻璃钢管道定义：缠绕增强热固性树脂加砂压力管公称直径DN3100（内径）工作压力0.46MPa刚度SN7500管道单根长度12m1.1.3玻璃钢夹砂管道设计条件1管道尺寸要求管道公称直径：DN3100管道长度：12000mm(有效长度)-6-2管道工作要求连接方式：承插双“0”形密封圈连接工作压力Pw：PN0.46MPa波动压力PS：0.4PW=0.184MPa管道真空压力PV：0.1MPa管道工作温度及范围：输水期为4－10月共7个月，气温范围为5℃－40℃，平均使用气温25℃。（当地全年气温情况参见气象资料）输送介质：淡水原水埋设深度：最大覆土深度4m，最小覆度深度2m（按不利组合考虑）。地下水位：埋深17m以下。地表荷载PL：按汽20级汽车及挂100车辆考虑。临时堆土荷载：考虑施工临时堆土荷载，取10000Pa，对临时堆土荷载和地表动荷载，收两者中之大者进行设计。最大允许长期垂直桡曲变形量：3%地震烈度：6度管沟槽填筑及回填：参见技术条款第4章，填筑及同填材料颗粒组成及物理力学指标根据地质资料确定，参见附件地质C28、C30号料场资料。管道刚度等级：7500N/m2接头刚度：≥25000N/m2，承口和插口刚度应一致强度安全系数：6管基铺设300mm的砂砾石垫层，砂砾石垫层填筑容重1.9t／m3管腔填筑（指管底到管顶以上300mm）：采用当地的风化砂岩，其填筑容重为1.67t／m3管顶以上回填：采用当地的材料回填，其填筑容重为1.6～1.75t／m3回填颗粒组成及物理力学指标详见设计院提供的地质资料§1.21.2.1基本设计参数依据新疆额尔齐斯河流域开发管理局、新疆水利水电勘测设计研究院提供的小洼槽倒虹吸工程玻璃钢夹砂压力管设计条件和设计技术要求，首先可确定如下基本设计参-7-数：管道直径D：3100mm；覆土深度H：最大覆土厚度4米；最小覆土深度2米；地下水位标高Hw：不计；最大允许长期垂直挠曲变形量：DY=3%；强度安全系数K：6稳定安全系数Kb:2.51.2.2玻璃钢夹砂管道埋入地下后，将与土壤相互作用。特别是玻璃钢夹砂管道的变形、弯曲应力、稳定性，均受到土壤地质状况、埋设施工质量的重要影响。地下埋设玻璃钢夹砂管道刚度与稳定性的分析是建立以管-土相互作用体系为计算理论模型的。因此，依据所提供的地质状况、以及施工质量的合理估计，正确选取合理的土壤参数，是本设计的关键问题之一。1依据设计院提供的《顶山-吉拉沟明渠段填方料场物理力学指标汇总表》及《顶山-吉拉沟明渠段填方料场平均颗粒组成表》分析，小洼槽段（C28料场）土组颗粒组成为：粒径≥0.075mm的土颗粒（即粗粒土）含量约占79％，＜0.075mm的细粒上含量约为21％（根据C10、C12、C14、C15料场的0.05－0.5mm的颗粒组成，按其中0.075－0.5mm与0.05－0.075mm的最小比例及分析C28料场中有＜0.05mm的颗粒，可以计算推出），根据国标GBJ145－90土壤分类标准进行分类，该类土为粗粒土，属SM，SC或SM－SC之间的粉粒砂或粘粒砂，细粒土含量大于15根据设计院提供的土壤物理力学指标分析，可以确定出其原土反作用模量E′a值为20.7MPa。分析如下：上述土组在天然状态下的干密度为（1.68－1.77/1.72）g/cm3，而在击实状态下的最大干密度为（1.73-1.92/1.82）g／cm3，由此可以计算出其标准葡氏密度平均值为94.5％，最低值为87.5％，根据中华人民共和国建材行业标准《玻璃纤维缠绕增强热固性树脂夹砂压力管》（JC／T838－1998）中表D－8施工现场原土土壤进行分类，该土组属状态描述为轻微压实或压实类，为安全计取轻微压实状态，故取原土反-8-作用模量E′a值为20.7MPa。2、按设计要求管沟胸腔回填时施工夯填土壤干容重达到1.67/m3，而在击实状态下的最大干密度为（1.73-1.92/1.82）g/cm3,由此可以计算出其标准葡氏密度平均值为91.7％，最低值为87％，根据JC/T838-1998标准中表D-7管区回填土的土壤反作用模量Eb值为6.9MPa。由于土壤中细粒土含量无法准确确定，故为安全计取标准值的70％，Eb取4.83Mpa。3、1土壤反作用组合模量值的确定与管道起拱线处沟槽宽度、原土回填土及作用模量有管道起拱线处沟槽宽度Bd：依据建设管理局提供的设计技术要求附图可计算得：Bd＝5.2＋(1.85+0.3)×2×0.5＝7.35m33.216.335.7DBd285.483.47.20baEE依据JC／T838－1998标准中表D－5土壤支撑组合系数，选取Sc=1.40，通过下式可计算得土壤反作用组合模量E’＝ScE’b＝1.4×4.83＝6.762MPa2根据建设管理局提供的设计技术要求，管顶填筑干容重为1.6－1.75t/m3，含水率为3.68-4.77％，按最不利计算考虑，则有管顶覆土容重γ＝1.80t/m33基床系数Kx反映管底部土壤提供的支撑情况，其上分布着管床的反作用。考虑一种不利情形，选用标准的直接埋设玻璃钢夹砂管道条件，依据《JC/T838-1998》标准，-9-取Kx=0.1。4）形状系数形状系数与玻璃钢夹砂管道挠曲产生的弯曲应力或应变有关，是管体刚度、管区回填材料、压实程度、管下三角支撑条件、原土壤条件和挠曲程度的函数。依据《JC／T838－1998》标准表D-1管区回填材料和压实程度，现分析如下：由于标准葡氏密度平均值为91.7％，最低值为87％，依据插值方法:（Df-4.5）(7500-5000)=(Df-5.5)(7500-10000)可以推算得得形状系数Df=5.0。5）挠曲滞后系数挠曲滞后系数的作用是考虑管道变形的蠕变效应。即一定的载荷作用时，变形随时间的增加变化。长期（50年）挠曲值相对于初始挠曲值要大，因此在推算管道长期挠曲预测计算时，依据《JC/T838-1998》标准，取DL=1.51.2.3设计载荷的组成因素为：内压、负压、管垂直静土压载荷、地面车辆活载荷、堆土载荷、。同时还必须将这些载荷因素进行组合，以确定最不利载荷作为设计外载荷。1、内压取最大工作水压力为设计内压力，即Pw=0.46MPa;压力等级取：Pc=0.46MPa；波动压力Ps=0.184MPa；2、负压真空负压Pυ：0.1MPa；3垂直静土压主要指管道垂直正上方土体的重量载荷，即：qc＝γgH-10-表1静土压力H(m)234qc3528052920705604、1）汽-20根据中华人民共和国行业标准《公路工程技术标准JTJ001-97》，汽-20级分为200kN和300kN两种，取汽-20-300kN。其后轴压力为：2×120KN，表示有两个后轴、4个后车轮，共计240kN的压力。后轮着地宽度为0.6m*0.2m，两后轴净中心间距1.4m，后轮中心间距1.8m。此外考虑两辆车之间的中心间距1.3m。依据中华人民共和国国家标准《给水排水工程结构设计规范》,由于此管径较大，考虑两辆汽-20车共同作用下的情形，其计算公式为：车辆荷载的动力系数μd=1.0两根后轴同时作用的轮压数n=4个一辆车的后轴数n1=2根并排汽车数n2=1或2单轮载P=60000N自地面至计算深度的距离Z=Hcm车轮与地面的接触宽度b=0.60m相邻两个轮压间的中心间距d1=1.80m两车之间相邻两个轮压间的中心间距d2=1.2m车轮与地面的接触长度a=0.20m相邻两后轴轮压间的中心间距d1=1.4m11112)4.1)(*4.1(1niniDLZdbZdaPnnq-11-表2：仅考虑一辆车H(m)234qL(N)1049062704167表3：考虑两辆车作用H(m)234qL(N)11782772254862）挂-100车载荷根据中华人民共和国行业标准《公路工程技术标准JTJ001-97》，挂-100平板挂车后轴（双轴）压力为500KN，表示有两个后轴、8个后车轮，共计500kN的压力。后轮着地宽度为0.5m*0.2m，两后轴中心间距1.2m，后轮中心间距0.9米。将下列参数代入上述计算公式：车辆荷载的动力系数μd=1.0两