玻璃鋼復(fù)合材料埋地管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

1、1玻璃鋼復(fù)合材料埋地管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究玻璃鋼復(fù)合材料埋地管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究摘要:玻璃鋼復(fù)合材料管比強(qiáng)度高、重量輕、運(yùn)輸安裝方便、摩擦阻力小、輸運(yùn)能力高、熱應(yīng)力小、耐磨性好、防腐蝕、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、維修方便、生產(chǎn)效率高、成本低適用于石油輸送管。為玻璃鋼復(fù)合材料石油輸送管的使用安全，同時(shí)節(jié)約施工開(kāi)支，本文根據(jù)玻璃鋼復(fù)合材料石油輸送管的性能，以及地面壓力對(duì)埋地下管子的角擴(kuò)散理論，對(duì)受卡車(chē)的載荷的埋在地下的玻璃鋼石油輸送管進(jìn)行了不同鋪層層數(shù)建模，并進(jìn)行了強(qiáng)

2、度計(jì)算，設(shè)計(jì)出了合理的管壁厚度，有效的減輕了玻璃鋼復(fù)合材料埋地管的重量。1.概述管道是現(xiàn)代工業(yè)中流體輸送的重要材料。傳統(tǒng)的金屬管、混凝土管或因易銹蝕，或因質(zhì)量大，已不能滿(mǎn)足現(xiàn)代工業(yè)的需要，復(fù)合材料管便應(yīng)運(yùn)而生。1.1玻璃鋼管的優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)的鋼管和混凝土管相比，玻璃鋼管具有以下優(yōu)點(diǎn)。（1）耐久性好。金屬和混凝土管的防銹、耐化學(xué)腐蝕性很差。當(dāng)周?chē)h(huán)境惡劣或輸送酸、堿介質(zhì)時(shí)，很快就會(huì)發(fā)生內(nèi)、外表面腐蝕而遭破壞。玻璃鋼管為三層結(jié)構(gòu)。其內(nèi)、外層可以

3、按使用環(huán)境和使用條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用相對(duì)應(yīng)的耐腐內(nèi)襯和外表涂層，防止腐蝕介質(zhì)對(duì)管道的浸蝕破壞。這樣，玻璃鋼管道大大延長(zhǎng)了使用壽命，因而能獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。（2）摩擦阻力小、輸運(yùn)能力高。玻璃鋼管的內(nèi)表面光滑，遠(yuǎn)小于鋼管和混凝管的表面粗糙度，因而流體阻力小，力學(xué)特性好。若采用泵輸送，在管徑和流量相同時(shí)，較其他材料管道可以節(jié)能30%左右。（3）質(zhì)量輕、運(yùn)輸、安裝方便。玻璃鋼管道的自重只有鋼管的14，混凝土管的110，因而運(yùn)輸和安裝費(fèi)用均較低。

4、（4）比強(qiáng)度高。玻璃鋼管的縱向和環(huán)向拉伸強(qiáng)度為160MPa和320MPa，比鋼管略低；但由于玻璃鋼的密度是鋼密度的14，因此，玻璃鋼的比強(qiáng)度反而比鋼大很多。（5）可設(shè)計(jì)性強(qiáng)?？筛鶕?jù)玻璃鋼管使用情況，對(duì)其性能及連接方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)玻璃纖維分配設(shè)計(jì)，使管在軸向和環(huán)向有不同的強(qiáng)度；對(duì)管壁厚度設(shè)計(jì)，可使玻璃鋼管適用于不同外壓或內(nèi)壓工況條件；通過(guò)材料選擇設(shè)計(jì)，可以使玻璃鋼管適用于各種腐蝕介質(zhì)環(huán)境；通過(guò)對(duì)接頭方式設(shè)計(jì)，適用于不同安31.3玻璃鋼

5、復(fù)合材料埋地管的設(shè)計(jì)要點(diǎn)玻璃鋼管復(fù)合材料埋地管是在土壤中鋪設(shè)的，是玻璃鋼管道應(yīng)用的一種鋪設(shè)形式。它在受到管內(nèi)液體內(nèi)壓作用的同時(shí)，還受到回填土重量引起的外壓力，車(chē)輛的輪壓力或地面堆積物重等活動(dòng)載荷、管內(nèi)流速變化而產(chǎn)生的瞬時(shí)壓力急劇升高或降低所引起的沖擊壓力（又稱(chēng)水錘壓力）、管內(nèi)出現(xiàn)真空時(shí)的負(fù)壓等。進(jìn)行玻璃鋼管復(fù)合材料埋地管的設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)充分了解其使用要求，根據(jù)其所輸送的介質(zhì)的性質(zhì)選擇耐腐蝕層的材料，根據(jù)要求流量來(lái)確定管的內(nèi)徑，根據(jù)管的工

6、作壓強(qiáng)和安裝條件（如埋設(shè)條件及深度）來(lái)確定管的結(jié)構(gòu)受力層的厚度。在進(jìn)行管的力學(xué)性能設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)分別考慮其各種載荷情況，以及這些載荷的聯(lián)合作用，由這些載荷情況的管壁應(yīng)力來(lái)確定結(jié)構(gòu)受力層的厚度。玻璃鋼管復(fù)合材料埋地管設(shè)計(jì)就是在初步確定其厚度及埋設(shè)深度后，要求應(yīng)力、應(yīng)變和撓度在許用值以下，并校核外壓屈曲，力求合理利用材料、降低成本，使管道安全工作。1.4本文主要設(shè)計(jì)內(nèi)容在本文中，主要從力學(xué)角度研究埋地管道的設(shè)計(jì)方法，對(duì)玻璃鋼復(fù)合材料埋地管進(jìn)行鋪

7、層設(shè)計(jì)，用ANSYS軟件對(duì)其進(jìn)行建模，施加載荷（包括工作內(nèi)壓、回填土壓力和地面車(chē)輛通過(guò)時(shí)引起的土壓力），進(jìn)行強(qiáng)度校核。并計(jì)算出最先一層失效強(qiáng)度和極限強(qiáng)度。2.玻璃鋼復(fù)合材料埋地管設(shè)計(jì)條件設(shè)計(jì)大慶某批石油輸送管，已知管徑D＝500mm，覆土層高H＝3m，最大工作內(nèi)壓＝1.0MPa，要求允許通過(guò)20t載重汽車(chē)?；靥钔撩芏龋?.0018，wpr3kgcm基礎(chǔ)支撐角2＝120。材料用E－玻璃環(huán)氧，強(qiáng)度設(shè)計(jì)安全系數(shù)取n＝2。?3.埋地管外載計(jì)算及