李 煒

(太原供水設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西 太原 030009)

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·計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用·

基于VB語(yǔ)言的鋼管及鑄鐵管壁厚的程序計(jì)算

李 煒

(太原供水設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西 太原 030009)

對(duì)埋地給排水管道進(jìn)行了受力與變形分析，結(jié)合計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言VB，得到了關(guān)于計(jì)算管道壁厚的應(yīng)用程序，并將該程序的計(jì)算結(jié)果與手冊(cè)計(jì)算結(jié)果作了對(duì)比，驗(yàn)證了計(jì)算程序的適用性。

管道，VB程序語(yǔ)言，管壁厚度，彈性模量

0 引言

城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施中的給水、排水及中水等管道工程是城市建設(shè)必不可少的基礎(chǔ)性工程。管道在實(shí)際應(yīng)用中，往往處于復(fù)雜的受力狀態(tài)。有內(nèi)壓作用的埋地管道的管材應(yīng)為管壁材質(zhì)一致且厚度相等的內(nèi)外壁均勻平滑的平壁管管材。

埋地給水排水管道結(jié)構(gòu)上作用，有管自重、管內(nèi)水重、管道外壁上的豎向和側(cè)向土壓力和水壓力、地面車輛荷載、堆積荷載和人群荷載等。此外給水壓力管道上尚有作用在管道內(nèi)壁的運(yùn)行內(nèi)水壓力，作用在管道系統(tǒng)縱向由環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的溫度作用，管道縱向出現(xiàn)不均勻沉降時(shí)產(chǎn)生的縱向力和管道在轉(zhuǎn)彎、三通、堵頭等部位由內(nèi)水產(chǎn)生的軸向推力等。

對(duì)埋地剛性管道，管頂豎向土壓力標(biāo)準(zhǔn)值(每延米)，F(xiàn)sv,k=CcγsHsBc，其中，Cc為填埋式土壓力系數(shù)，在我國(guó)，對(duì)開(kāi)槽施工管道，開(kāi)槽的槽寬都比較大，都屬于填埋式埋管情況。其受力形式如圖1,圖2所示。

1 基于力學(xué)理論的管道受力分析

1.1 強(qiáng)度分析

1)荷載組合作用下管壁截面上最大彎矩計(jì)算：

式中：φ——彎矩折減系數(shù)，可取0.7～1.0；Ep——管材彈性模量；kgm,kvm,kwm——管道自重、豎向土壓力、管內(nèi)水重作用下管壁截面的最大彎矩系數(shù)。

2)設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力作用下，管壁截面上的拉力設(shè)計(jì)值計(jì)算：

N=ψcγQFwd,kr0b0。

式中：ψc——可變荷載組合系數(shù)，可取0.90；γQ——設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力及地面車輛荷載或堆積荷載的分項(xiàng)系數(shù)，可取1.4；

r0,b0——計(jì)算半徑、計(jì)算寬度。

3)計(jì)算鋼管管壁截面的最大環(huán)向應(yīng)力：

其中，t0為計(jì)算壁厚，當(dāng)管材為鋼管時(shí)，可取t0=t-2；當(dāng)管材為球墨鑄鐵管時(shí)，可取t0=0.975t-1.5。

1.2 穩(wěn)定驗(yàn)算

鋼管管壁截面臨界壓力計(jì)算：

式中：vs——回填土的泊松比;n——鋼管管壁失穩(wěn)時(shí)的折縐波數(shù)，其取值應(yīng)使Fcr,k為最小值并為不小于2的正整數(shù)。

1.3 變形驗(yàn)算

在準(zhǔn)永久組合作用下管道的豎向最大變形為：

2 回填土的綜合彈性模量

在強(qiáng)度計(jì)算中，管側(cè)回填土的綜合彈性模量的計(jì)算，則是通過(guò)計(jì)算x=Br/D1和y=Ee/En，由x和y的值共同查表得到z=ξ。但在程序中要實(shí)現(xiàn)這個(gè)二元函數(shù)z=f(x,y)，必須將《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中表8.4.3-3的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，得到函數(shù)z=f(x,y)的表達(dá)式，然后便可在程序中進(jìn)行代碼的編寫(xiě)。

利用Excel對(duì)數(shù)據(jù)處理的功能，將表8.4.3-3的數(shù)據(jù)輸入到Excel中，形成光滑的曲線，并選擇添加趨勢(shì)線的功能，得到擬合曲線的圖形及函數(shù)表達(dá)式，如圖3,圖4所示。

從圖3，圖4中可發(fā)現(xiàn)，有下列關(guān)系表達(dá)式存在：

z=A(x)lny+B(x)。

其中，A(x)和B(x)是關(guān)于x的函數(shù)，關(guān)系如圖5所示。

根據(jù)上述分析，可以得到z=f(x,y)的函數(shù)表達(dá)式為：

z=f(x,y)=[0.545 5ln(x)-0.892 5]ln(y)+0.049 9x2-0.369 8x+1.587 2。

3 基于VB的編程實(shí)現(xiàn)

通過(guò)設(shè)計(jì)程序的界面，優(yōu)化各功能按鍵的布置及邏輯順序，采用VB程序語(yǔ)言編寫(xiě)程序代碼。

應(yīng)用程序的Visual Basic代碼：

Private Sub Command1_Click()

If Option1.Value = True Then

t0 = Val(Text2.Text) - 2

Text8 = 0.018 * Val(Text3.Text) * Val(Text1.Text)

Text9 = 0.0002466 * D0 * Val(Text2.Text)

Text10 = 7.85 * Val(Text1.Text) * D / 1000000

x = Val(Text4.Text) * 1000 / Val(Text1.Text)

y = 0.8

z = (2.892 * Log(x) - 2.055) * Log(y) + 0.0499 * x ^ 2 - 0.3698 * x + 1.5872

Ed = 4 * z

m1 = 0.2424 * Val(Text9.Text) + 0.19939 * Val(Text8.Text) + 0.1224 * Val(Text10.Text) + 1.9782 * Val(Text1.Text) / 1000

m2 = 1 + 0.732 * Ed * (r0 / t0) ^ 3 / 206000

M = 0.75 * m1 * r0 / m2

N = 1.26 * Val(Text6.Text) * r0

Text11 = N / t0 + 6 * M / t0 ^ 2

……

借助VB的強(qiáng)大的程序開(kāi)發(fā)功能，結(jié)合上述關(guān)于計(jì)算管道管壁厚度的力學(xué)理論，基于Visual Basic 6.0編碼平臺(tái)，開(kāi)發(fā)出了適用于計(jì)算管道管壁的.exe文件。

4 計(jì)算結(jié)果的比較

結(jié)合《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中給出的計(jì)算實(shí)例，將手冊(cè)中相關(guān)參數(shù)輸入到應(yīng)用程序中，得到軟件的計(jì)算結(jié)果。

4.1 軟件計(jì)算結(jié)果

通過(guò)應(yīng)用程序的分析計(jì)算，得計(jì)算結(jié)果如下所示：

管壁截面最大環(huán)向應(yīng)力：σθ=231.327 MPa。

降溫時(shí)截面最大組合應(yīng)力為182.531 MPa。

升溫時(shí)截面最大組合應(yīng)力為212.109 MPa。

4.2 手冊(cè)計(jì)算結(jié)果

算例中，計(jì)算得到的結(jié)果如下：

管壁截面最大環(huán)向應(yīng)力：σθ=233.23 MPa。

降溫時(shí)截面最大組合應(yīng)力為183.96 MPa。

升溫時(shí)截面最大組合應(yīng)力為213.57 MPa。

4.3 計(jì)算結(jié)果對(duì)比

截面的最大環(huán)向應(yīng)力：

降溫時(shí)截面最大組合應(yīng)力：

升溫時(shí)截面最大組合應(yīng)力：

結(jié)合上述分析得出，兩組計(jì)算結(jié)果非常接近，最大誤差僅為0.8%。同時(shí)，應(yīng)用程序在編寫(xiě)設(shè)計(jì)時(shí)，各參數(shù)的選取均以考慮最不利情況為前提，因而其計(jì)算結(jié)果是偏于安全的。

5 結(jié)語(yǔ)

綜合上述各節(jié)分析，對(duì)埋地管道進(jìn)行了受力與變形的分析研究，結(jié)合計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言VB，得到的關(guān)于計(jì)算管道壁厚的應(yīng)用程序，能夠適應(yīng)實(shí)際工程在不同條件下的管道壁厚的計(jì)算，考慮的影響因素比較全面，具有實(shí)際的應(yīng)用意義。

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On steel pipes based on VB language and program calculation of cast iron pipe’s wall thickness

Li Wei

(TaiyuanWater-SupplyDesignResearchInstitute,Taiyuan030009,China)

The paper undertakes the stress and deformation analysis of the buried water-supply and drainage pipelines, achieves the application program in calculating the pipeline’s wall thickness by combining with the computer program language VB, has the comparison between the calculation result and booklet calculation result of the program, and proves the adaptability of the calculation program.

pipeline, VB program language, pipe’s wall thickness, elastic modulus

1009-6825(2017)09-0255-03

2017-01-16

李 煒(1985- )，男，助理工程師

TP319

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