关于影响塑料结壁管环刚度因素的分析.doc

塑料结构壁管环刚度影响因素分析 1 概述?改革开放已逾30个年头，它带给我国社会翻天覆地变化的同时，也给我国国民的思想意识带来前所未有的冲击，一些固有的认识也逐步得到了改变。其中“落差”最大的应属“地大物博”的传统认知在社会发展中被证实实际上是对我国资源状况的误读。而其中人均水资源之贫瘠程度，更是让人触目惊心。据统计，在全国600多个城市中，缺水城市达300余个，其中严重缺水的城市更多达100多个。每年因缺水造成的直接经济损失达2000亿元，全国每年因缺水少产粮食700～800亿kg。?21世纪的今天，我国水资源供需矛盾进一步加剧。10年前的预测，2010年全国总供水量为6200～6500亿m3，相应的总需水量将达7300亿m3，供需缺口近1000亿m3，2030年全国总需水量将达10000亿m3，全国将缺水4000～4500亿m3，到2050年全国将缺水6000～7000亿m3。同时，当前日益频发的极端气候更是给我国的水资源带来了前所未有的挑战，始于2009年下半年至2010年上半年的在我国自然水资源极为丰沛的云贵川发生的特大旱情就是典型一例。在我国重要水资源的源头出现的特大旱情的严酷事实提醒着我们作为重要资源的水资源正面临怎样的危机。?既然源头有诸多人力不可企及的地方，那么如何充分利用有限的水资源，使其充分得以循环再利用则是需要人类主动利用自身智慧来进行解决的问题。污水处理再利用能力将是保证社会在贫瘠的自然资源基础上正常运行发展的有效方法。?到2008年底，全国有城市污水处理厂1018座，排水管道长度31.5万多km，污水处理能力8016万m3/日，年处理污水总量256亿m3，污水处理率70.2%。与1949年相比，排水管道长度增加51倍，污水处理能力增加2025倍多。按照目前的污水厂建设速度，预计到“十一五”期末将使污水厂规模达到3000座左右，管线长度附设长度亦将保持15%左右的增长。我国的排水管道敷设长度的增长情况如下图所示。 在如此巨大且保持高速增长的市场中，传统的水泥砼管、玻璃钢夹砂管道、各种铸铁管道仍然占有一定的数量并仍有一定的增幅。但是，由于塑料管道(结构壁管)，质量轻、耐腐蚀、柔韧性好、施工便利等得天独厚的优势，使得各类塑料结构壁管在市政排水、排水系统中得以越来越多的应用。?在我国用于城市排水系统塑料结构壁管中，首先发展的是U-PVC双壁波纹管和环状肋管。上世纪90年代中期引进了加拿大CORMA的U-PVC环状肋管生产线，其后引进了德国尤尼克U-PVC双壁波纹管生产线。随后的若干年中，聚乙烯双壁波纹管的生产技术逐步引入中国，其中以德国德鲁斯巴赫的设备较为典型。由于聚乙烯树脂的成型情况优于PVC因此在管材直径以及波形变化上较聚氯乙烯管材有了很大的提高，国内已经可以生产管径在1600mm的管材。上世纪90年代后期，国外的双壁波纹管生产技术逐步被国内消化吸收后，牛产设备开始国产化，产品生产成本大幅下降，据统计截止到2005年我国各类国内各种塑料埋地排水管生产企业已经达到100家，拥有各种生产线200多条，年生产能力达到30万吨。?2 塑料结构壁管环刚度影响因素分析?塑料结构壁管行业的快速发展也带了诸多问题。比较典型的就是在面对激烈的市场竞争时，生产企业的技术创新方向出现了偏差。由于对管材施工以及应用过程中的受力状况了解甚少，因此“高环刚度”逐渐就成为了生产企业以及施工单位追求的终极目标了。如何提高环刚度，从目前企业采取的方法可以分成3类：?(1)树脂改性型：添加改变树脂强度特性的助剂，增加材料刚性；?(2)改变管材的结构特性；?(3)复合入型钢等高强材料，提高整体刚性。?这些做法的效果如何，有必要进一步分析考证。2006年前后，我中心承担了国家科技部分析测试方法《结构壁管转动惯性矩的分析》的研究工作，其部分研究结果对如何提高结构壁管环刚度有一定的借鉴意义。?2.1结构壁管转动惯性矩分析过程?此次分析工作以常见的聚氯乙烯(PVC-U)双壁波纹管及高密度聚乙烯(HDPE)双壁波纹管为对象。?GB/T9647-2003《热塑性塑料管材环刚度的测定》公式中给出的环刚度计算公式为?其中，F—相对于管材3%变形时的力值(kN)?I—试样长度(m)?Y—变形量(m)?d一内径(m)?从公式中，很难看出环刚度与管材结构尺寸间的直接关系，同时，系数的给出也没有明确的定义由何而来。出于简化管路承受外负荷压力计算目的，在IS09969《热塑性塑料管材环刚度的测定》的附录中给出环刚度的基本定义：?E材料的弹性模量；?I惯性矩；?D管环的平均直径；?S单位是kN/m2；?在这里可以看到，管材的环刚度直接和管材的受力截面惯性矩以成正比，对I惯性矩而言可以通过设计来达到