苑世輝 崔廣新

(山東省玻璃鋼及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心,山東德州 253000)

玻璃鋼管道環(huán)(管)剛度淺析

苑世輝 崔廣新

(山東省玻璃鋼及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心,山東德州 253000)

通過(guò)對(duì)比幾種玻璃鋼管道產(chǎn)品引用標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)(管)剛度的定義、試驗(yàn)條件和計(jì)算公式,分析玻璃鋼管道環(huán)(管)剛度的異同點(diǎn),指出試驗(yàn)時(shí)的注意事項(xiàng)。

玻璃鋼 環(huán)(管)剛度 分析 比較

1 引言

隨著社會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)注和質(zhì)量意識(shí)的提高，各種工程建設(shè)、招標(biāo)、采購(gòu)等環(huán)節(jié)經(jīng)常要求對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。環(huán)(管)剛度是玻璃鋼管道最重要的性能指標(biāo)之一，是工程應(yīng)用首要的檢測(cè)項(xiàng)目。但是玻璃鋼管道產(chǎn)品種類較多，管道環(huán)(管)剛度的檢測(cè)也有很大區(qū)別。

2 玻璃鋼管道環(huán)(管)剛度異同點(diǎn)分析

有必要依據(jù)7種產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，將管道環(huán)(管)剛度進(jìn)行詳細(xì)的分析和對(duì)比。

2.1 GB/T5352-2005《纖維增強(qiáng)熱固性塑料管平行板外載性能試驗(yàn)方法》

(1)采標(biāo)情況：本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)于ASTM D2412-96《a平行板加載測(cè)試塑料管外載特性標(biāo)準(zhǔn)方法》，與ASTM D2412-96a的一致程度為非等效。

(2)定義或相關(guān)描述：該標(biāo)準(zhǔn)中稱為管剛度：線載荷除以相應(yīng)的管徑變化量所的值。

(3)試驗(yàn)要求：環(huán)境溫度：(23±2)℃;相對(duì)濕度：(50±10)%;加載速度：(10～12)mm/min;變形量為平均內(nèi)徑的5%;試樣的最小長(zhǎng)度應(yīng)是管的公稱直徑的3倍或300mm，取其中較小值，對(duì)于公稱直徑大于1500mm的試樣，其最小長(zhǎng)度為公稱直徑的20%，應(yīng)修約為整數(shù);每組試樣數(shù)量：3根。

管剛度計(jì)算公式： PS=F/△Y

式中：PS為與管徑變化量△Y相對(duì)應(yīng)的管剛度，MPa;F為與管徑變化量△Y相對(duì)應(yīng)的線載荷，N/mm;△Y為管徑變化量，mm。

2.2 玻璃纖維增強(qiáng)塑料夾砂管(GB/T21238-2007)

(1)采標(biāo)情況：本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)于ISO10639：200《4壓力和非壓力給水塑料管系統(tǒng)——玻璃纖維增強(qiáng)熱固塑料(不飽和聚酯樹(shù)脂)管》(英文版)，與ISO10639的一致性程度為非等效。

(2)定義或相關(guān)描述：該標(biāo)準(zhǔn)中稱為環(huán)剛度：指單位長(zhǎng)度的管環(huán)在外壓作用下，在一定徑向變形下所承受的載荷大小，它表征管環(huán)抵抗外荷載能力。

(3)試驗(yàn)要求：試驗(yàn)中，測(cè)試設(shè)備、測(cè)試環(huán)境及試樣按照GB/T5352的規(guī)定，變形量為計(jì)算直徑乘3%，加載速度和環(huán)剛度的測(cè)試結(jié)果均有單獨(dú)的計(jì)算公式。

環(huán)剛度計(jì)算公式：S0=0.01935F/△Y

式中，S0為初始環(huán)剛度，單位為N/m2;△Y為管直徑變化量，單位為m;F為與△Y相對(duì)應(yīng)的線載荷，單位為N/m。

2.3 玻璃纖維增強(qiáng)塑料頂管(GB/T21492-2008)

(1)采標(biāo)情況：本標(biāo)準(zhǔn)參考美國(guó)ANSI/AWWA C950：2001《玻璃纖維壓力管》，與ANSI/AWWA C950的一致性程度為非等效。

(2)定義或相關(guān)描述：與GB/T21238相同。

(3)試驗(yàn)要求：試驗(yàn)中，測(cè)試設(shè)備、測(cè)試環(huán)境及試樣按照GB/T5352的規(guī)定，但測(cè)試過(guò)程中變形量根據(jù)管道的剛度等級(jí)而選擇不同的值，剛度等級(jí)不大于20000N/m2時(shí)，變形率取3%，剛度等級(jí)大于20000N/m2但不大于50000N/m2時(shí)，變形率取2.5%，剛度等級(jí)大于50000N/m2但不大于100000N/m2時(shí)，變形率取2%，剛度等級(jí)大于100000N/m2時(shí)，變形率按公式(65/+0.5)% 計(jì)算確定。另外環(huán)剛度的測(cè)試結(jié)果的計(jì)算公式是玻璃纖維增強(qiáng)塑料頂管標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)立規(guī)定的，公式為：S=18625×F/L/△y

式中，S為環(huán)剛度，單位為N/m2;F為載荷，單位為N;L為試樣長(zhǎng)度，單位為mm;△y為GRP頂管垂直方向撓曲值，單位為mm。

2.4 纖維纏繞增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂壓力管(JC/T522-2011)

(1)采標(biāo)情況：無(wú)。

(2) 定義或相關(guān)描述：在該標(biāo)準(zhǔn)中稱為平行板外載剛度，未給出相關(guān)的定義。

(3)試驗(yàn)要求：與GB/T5352相同。

2.5 玻璃纖維增強(qiáng)塑料電纜導(dǎo)管(DL/T802.2-2007)

(1)采標(biāo)情況：無(wú)。

(2)定義或相關(guān)描述：在該標(biāo)準(zhǔn)中稱為環(huán)剛度，等級(jí)分為SN25、SN50、SN100三種。在DL/T802.1《電力電纜用導(dǎo)管技術(shù)條件 第一部分：總則》定義為：線載荷除以相應(yīng)的管徑向變形量再乘以相應(yīng)系數(shù)后所得出的值，單位kPa。

(3)試驗(yàn)要求：試驗(yàn)按GB/T5352規(guī)定，變形量為試樣內(nèi)徑的5%，結(jié)果計(jì)算公式為：SN=(0.0186+0.025×△Y/d)×F/△Y

式中，SN為試樣的環(huán)剛度，單位為kPa;△Y為試樣垂直方向內(nèi)徑的5%變形量，單位m;F為試樣垂直方向內(nèi)徑的5%變形量時(shí)的線載荷，單位kN/m，d為試樣內(nèi)徑，單位m。

2.6 電纜用玻璃鋼保護(hù)管(JC/T988-2006)

(1)采標(biāo)情況：無(wú)。

(2)定義或相關(guān)描述：在該標(biāo)準(zhǔn)中稱為管子環(huán)向剛度，定義為：Sn=EJ/D3，通常以kN/m為單位，其中EJ為管軸向方向單位長(zhǎng)度內(nèi)管壁環(huán)向彎曲剛度，D為管子平均直徑。

(3)試驗(yàn)要求：試驗(yàn)按GB/T5352規(guī)定，變形量為試樣內(nèi)徑的5%，結(jié)果計(jì)算公式為：Sn=(0.0186+0.025×△y/d)×P/△y/L

式中，Sn為管子環(huán)向剛度，單位為kPa;△y為管子徑向的5%直徑變形量，單位為m;P為對(duì)應(yīng)△y變形時(shí)的載荷，單位為kN;d為管子內(nèi)徑，單位為m;L為管子長(zhǎng)度，單位為m。

表1 3%或5%變形率時(shí)玻璃鋼管道的環(huán)(管)剛度值

2.7 煤礦井下用玻璃鋼管材(MT 558.3-2005)

(1)采標(biāo)情況：無(wú)。

(2)定義或相關(guān)描述：在該標(biāo)準(zhǔn)中稱為平行板外載剛度，未給出相關(guān)的定義。

(3)試驗(yàn)要求與GB/T5352相同。

2.8 公路用玻璃纖維增強(qiáng)塑料管道(GB/T24721.3-2009)

(1)采標(biāo)情況：無(wú)。

(2) 定義或相關(guān)描述：在該標(biāo)準(zhǔn)中，稱為管剛度，未給出相關(guān)的定義。

(3)試驗(yàn)要求：變形量為試樣內(nèi)徑乘10%，其它實(shí)驗(yàn)要求均按GB/T5352規(guī)定進(jìn)行。

3 玻璃鋼管道環(huán)(管)剛度值的比較

通過(guò)對(duì)比分析，不難看出，玻璃鋼管道環(huán)(管)剛度的定義、試驗(yàn)原理以及試驗(yàn)環(huán)境基本相同，但是試驗(yàn)過(guò)程中，試樣的變形速度、變形量(率)以及計(jì)算公式卻有比較大的區(qū)別，從而導(dǎo)致相同條件下，環(huán)(管)剛度值相差很大。

現(xiàn)在，假定試驗(yàn)環(huán)境、變形速度相同，試樣長(zhǎng)度L均為300mm，衡量變形率的直徑均為1000mm，3%或5%變形率時(shí)的線載荷均為1000N/m，7種玻璃鋼管道的環(huán)(管)剛度值見(jiàn)表1。

由表1可見(jiàn)，在假定的相同條件下，玻璃纖維增強(qiáng)塑料夾砂管、玻璃纖維增強(qiáng)塑料電纜導(dǎo)管和電纜用玻璃鋼保護(hù)管的環(huán)(管)剛度數(shù)值相同，與玻璃纖維增強(qiáng)塑料頂管的環(huán)(管)剛度值相近;纖維纏繞增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂壓力管、煤礦井下用玻璃鋼管材、公路用玻璃纖維增強(qiáng)塑料管道的環(huán)(管)剛度數(shù)值相同;但前后兩者卻相差50多倍。

4 試驗(yàn)中的注意事項(xiàng)

筆者工作于省級(jí)玻璃鋼產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)，經(jīng)常進(jìn)行玻璃鋼管道環(huán)(管)剛度的檢測(cè)，認(rèn)為在檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)注意以下三個(gè)方面。

4.1 樣品接收

在接收檢測(cè)業(yè)務(wù)委托時(shí)，委托方大多是用貨方或監(jiān)理方，對(duì)樣品的生產(chǎn)工藝、檢測(cè)所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)、方法了解不很全面。因此，在接收樣品時(shí)，需要和委托方耐心的溝通，了解樣品的用途、生產(chǎn)工藝等，確保使用的標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)方法和實(shí)際樣品相對(duì)應(yīng)。

4.2 試驗(yàn)前準(zhǔn)備

在前文中論述管道環(huán)(管)剛度的異同點(diǎn)時(shí)，可以看出各種玻璃鋼管道計(jì)算變形量時(shí)所用的直徑不同，有的用內(nèi)徑，有的用計(jì)算直徑(內(nèi)徑加壁厚)，變形率也不同，有的取3%，有的取5%，有的取10%，有的則根據(jù)設(shè)計(jì)剛度進(jìn)行選擇，試驗(yàn)的加載速度有的用10-12mm/min，有的則是通過(guò)計(jì)算得出。這些在試驗(yàn)前就應(yīng)該區(qū)分并測(cè)算完畢。

4.3 試驗(yàn)及結(jié)果處理

有了前面的準(zhǔn)備工作，試驗(yàn)就相對(duì)輕松了，目前大部分管道環(huán)(管)剛度的試驗(yàn)設(shè)備是自動(dòng)的，輸入相應(yīng)的試驗(yàn)條件和參數(shù)后，可以自動(dòng)檢測(cè)，并有軟件計(jì)算出結(jié)果。如果是手動(dòng)和人工計(jì)算的設(shè)備，還需要讀取變形儀及相應(yīng)載荷的讀數(shù)，并應(yīng)注意計(jì)算公式的不同。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)7種玻璃鋼管道環(huán)(管)剛度的對(duì)比分析，找出了它們的異同點(diǎn)，提醒相關(guān)技術(shù)人員在進(jìn)行玻璃鋼管道的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工和檢驗(yàn)時(shí)，要根據(jù)管道的使用要求確定所采用的標(biāo)準(zhǔn)，才能進(jìn)一步明確環(huán)(管)剛度這一衡量玻璃鋼管道質(zhì)量的重要參數(shù)，以免造成不必要的損失。