1、玻璃鋼產品設計課程任務報告書項目四玻璃鋼管道設計復材141 第 11 組 項目負責人： 項目組成員：起止時間 ：2016.4.5-2016.4.15 指導老師 ：楊 娟綿陽職業技術學院材料工程系 2015-2016 學年第 2學期玻璃鋼產品設計 課程任務書班級 復材141 部門（組） 第 11 組 任務 項目四 一、任務題目：任務一：根據已知設計條件，合理設計玻璃鋼架空管道。設計條件：管道內徑d=200mm；工作壓力：pw=0.7Mpa；支撐架距離L=460cm；介質密度：L=1.2t/m3；安全系數：K=10設計內容：1. 合理選擇原材料；2. 設計管道生產壁厚； 3. 確定生產工藝方法。任

2、務二：根據已知條件，設計埋地夾砂管道。設計條件：管道直徑D=1400mm，埋深H=600mm，最大工作內壓P=1.0Mpa，要求允許通過20t載重汽車。回填土為不緊固砂質粘土，其密度土=0.0019kg/ m3；基礎支撐角2=120°，在5%撓度下管的最小剛度等級大于2500Pa。管道結構纏繞層的環向彈性模量E=20Gpa，環向強度b=330Mpa，強度設計安全系數取Kf=6，許用應變=0.5%，容許徑向撓度=5%。設計內容：確定管道的生產壁厚。二、任務內容和要求：（1）內容及要求：1. 通過查閱資料選擇玻璃鋼管道各層所用的原材料；2. 分析已知條件，初步確定管道壁厚；3. 選擇合適

3、的生產工藝方法，并確定相應參數；（2）任務報告要求任務報告內容包括封面、任務書、正文、總結（收獲體會）、參考文獻。任務報告統一用A4紙打印，版面邊距上空2.5cm，下空2cm，左空2.5cm，右空2cm；正文用宋體小四號字；頁碼底端居中，小五號字；行間距：固定值19磅。（3）進度要求：任務下達日期： 2016 年 4月 5 日任務完成日期： 2016 年 4月 15 日（4）其它要求 各組成員必須服從組長安排，積極配合、認真完成下達任務并按時提交任務報告。任務一：根據已知設計條件，合理設計玻璃鋼架空管道。設計條件：管道內徑d=200mm；工作壓力：pw=0.7Mpa；支撐架距離L=460cm；

4、介質密度：L=1.2t/m3；安全系數：K=10設計內容：1. 合理選擇原材料；2. 設計管道生產壁厚； 3. 確定生產工藝方法。1. 合理選擇原材料根據價格與性質選擇增強材料為E玻纖，基體材料選擇不飽和聚酯樹脂191井，其內襯層選用乙烯基樹脂，以達到耐溫，耐酸堿的作用。2. 設計管道生產壁厚按環向強度計算管壁厚度 由表3-13取環向拉伸強度280MPa則環向許用應力y=280/10。再由式（3-13）可求得管壁厚度。表3-13 纏繞聚酯玻璃鋼管物理力學性能項 目數 值項 目數 值密度/（g/ cm3）環向拉伸強度/MPa環向拉伸模量/MPa軸向拉伸強度/MPa軸向拉伸模量/MPa環向彎曲強度

5、/MPa環向彎曲模量/MPa軸向彎曲強度/MPa1.61.9230300(1.72.6) ×10485160(0.81.3) ×104130230(0.91.3) ×104100150軸向彎曲模量/MPa水壓失效應力/MPa沖擊強度（J/ cm2）熱膨脹系數/cm/（cm.。C）導熱系數/w/（m.。C）吸水率/%巴氏硬度(0.81.1) ×10412023019.0(11.219.6) ×10-40.2670.240由內壓引起的軸向應力 x=Pw（D+t）/4t （3-4） =qL4/384ExI06.5mm （3-13）t=PwD/（2yP

6、w）=0.72×20/（2280/100.7）=0.253cm2.6mm初選玻璃鋼管壁厚為2.6mm。校核軸向強度 由表3-13查得玻璃鋼管軸向拉伸強度為85160MPa，取100MPa。則安全系數取10時，允許應力為x=100/10=10MPa。按式（3-4）求出管壁厚，當求得管壁厚大于2.5mm時，則應增加管壁厚度。將 x=Pw（D+t）/4t變換為 t=PwD/（4x-Pw）代入數值得出 tx=0.7×20/（4×10-0.7）=14/39.3=0.36cm按軸向允許應力求得玻璃鋼管壁厚為3.6mm，大于按環向應力求得的壁厚，故管的厚度應取3.6mm方為可靠

7、。剛度校核 當管壁厚為3.6mm時，按簡支梁受均勻荷載計算，按式(3-14)求其最大撓度。管上的均勻荷載q等于玻璃鋼管自重(玻璃鋼的密度m=1.8t/ m3)加輸運介質重。即滿足剛度條件。但根據玻璃鋼管最小壁厚要求，管壁厚最終確定為4.4mm。(2)埋地管結構設計 埋地管所受荷載 埋地管承受的荷載有管道工作內壓、回填土靜土壓和地面活荷載等。因管道內壓與架空管相同，故這里只討論回填土靜土壓和地面活荷載。a.回填土引起的靜土壓 回填土對玻璃鋼管壁產生的壓力如圖3-5所示。其壓力與回填土的密度r，管道埋設深度Ho及埋管時控溝寬度有關。可用詹森（Janssen)公式計算。即當H200cmq=rH (3

8、-14)當H200cm時，則q=CdrBd （3-15）式中 r回填土的密度，kg/ cm3；Bd標準溝的寬度； Cd一一由管溝類型條件決定的載荷系數。Cd的計算式如下。Cd=3（1-e-H/3-Bd） （3-16）式中 Bd為標準溝的寬度。基礎條件的種類和有效反作用力的支承角2a，如圖3-6所示。表3-15為管徑在200200mm范圍標準溝的寬度。表3-15 標準溝的寬度公稱直徑/mm200250300350400450500600700800標準溝寬度Bd/cm70808590100105110135145160公稱直徑/mm90010001100120013501500165018002

9、000標準溝寬度Bd/cm175185205220235255270290320當r=0.0018kg /cm3、H=200cm時，回填土的垂直靜壓力為q=0.0018×200= 0.36kg/cm20.036MP。當H200cm，而q的計算值小于0.036MPa時，則仍應取q=0.036MPa。3. 確定生產工藝方法生產該管道采用纏繞工藝 (1)內襯層制作；玻璃纖維環向和交叉纏繞，使用乙烯基附脂。（2）結構層制作：并將纖維進行螺旋、環向組合方式鋪設，其螺旋方向纏繞承受軸向應力、環向纏繞則承受環向應力。 (3)外襯層制作：玻璃纖維環向和交叉纏繞。管道設計為10-12m長，以便運輸、安

10、裝。每根管道使用法蘭連接。任務二：根據已知條件，設計埋地夾砂管道。設計條件：管道直徑D=1400mm，埋深H=600mm，最大工作內壓P=1.0Mpa，要求允許通過20t載重汽車。回填土為不緊固砂質粘土，其密度土=0.0019kg/ m3；基礎支撐角2=120°，在5%撓度下管的最小剛度等級大于2500Pa。管道結構纏繞層的環向彈性模量E=20Gpa，環向強度b=330Mpa，強度設計安全系數取Kf=6，許用應變=0.5%，容許徑向撓度=5%。設計內容：確定管道的生產壁厚。解：靜土壓 由管的直徑，查表3-15可得標準溝寬Bd = 255cm由式(3-14)計算得到垂直靜土壓q=0.1

11、14kg/cm20.0114MPa動壓力 由表3-16查得20t載重汽車的后軸壓力為13t，則單邊雙輪組壓力為Pq=6500kg65kN由表3-16查得后輪著地寬度b=0.6m，著地長度a=0.2m；由表3-18查得汽車動力系數KD=1.05。則由式(3-17)計算得到一個雙輪組引起的動壓力為：qd=0.592kg/cm20.0592MPa由靜土壓和動荷載引起的組合環向彎矩由式(3-21)、式(3-22)、式(3-23)、式(3-26)可以計算出單位長度管壁沿環向各點的彎矩，其最大彎矩為Mmax=261kg.cm/cm2610N·mm/mm 由內壓計算強度層的厚度 設夾砂管的纏繞結構

12、層厚度為t1，樹脂夾砂層厚度為t0，內襯層厚度取t1=2mm，總壁厚t0=t1+to十ti。計算時不考慮夾砂層和內襯層的強度。y=pdm/2t1b/Kf其中 dm=D+tD。t1=1×1400 × 6/2×330=12.7mm 在內壓和靜、動荷載組合條件下校核管壁的環向彎曲應變管壁結構如圖3-13所示，單位長度管壁的慣性矩I=（t1+t0）3-t03/12組合應變： 代人已知參數，得夾砂層厚度：t0=7mm徑向撓度校核查表3-19和表3-20，得出土的被動阻力系數 e=0.4kg/cm3基礎系數 K=0. 09取變形滯后系數 F=1. 5 r=D/2=70cm 總壁厚t=t1+t0+ti=12.7+