玻璃鋼復合材料埋地管結構設計研究

1、1玻璃鋼復合材料埋地管結構設計研究玻璃鋼復合材料埋地管結構設計研究摘要:玻璃鋼復合材料管比強度高、重量輕、運輸安裝方便、摩擦阻力小、輸運能力高、熱應力小、耐磨性好、防腐蝕、可設計性強、維修方便、生產(chǎn)效率高、成本低適用于石油輸送管。為玻璃鋼復合材料石油輸送管的使用安全，同時節(jié)約施工開支，本文根據(jù)玻璃鋼復合材料石油輸送管的性能，以及地面壓力對埋地下管子的角擴散理論，對受卡車的載荷的埋在地下的玻璃鋼石油輸送管進行了不同鋪層層數(shù)建模，并進行了強

2、度計算，設計出了合理的管壁厚度，有效的減輕了玻璃鋼復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，已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)的需要，復合材料管便應運而生。1.1玻璃鋼管的優(yōu)點與傳統(tǒng)的鋼管和混凝土管相比，玻璃鋼管具有以下優(yōu)點。（1）耐久性好。金屬和混凝土管的防銹、耐化學腐蝕性很差。當周圍環(huán)境惡劣或輸送酸、堿介質(zhì)時，很快就會發(fā)生內(nèi)、外表面腐蝕而遭破壞。玻璃鋼管為三層結構。其內(nèi)、外層可以

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

4、（4）比強度高。玻璃鋼管的縱向和環(huán)向拉伸強度為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，玻璃鋼的比強度反而比鋼大很多。（5）可設計性強?？筛鶕?jù)玻璃鋼管使用情況，對其性能及連接方式進行設計。通過對玻璃纖維分配設計，使管在軸向和環(huán)向有不同的強度；對管壁厚度設計，可使玻璃鋼管適用于不同外壓或內(nèi)壓工況條件；通過材料選擇設計，可以使玻璃鋼管適用于各種腐蝕介質(zhì)環(huán)境；通過對接頭方式設計，適用于不同安31.3玻璃鋼

5、復合材料埋地管的設計要點玻璃鋼管復合材料埋地管是在土壤中鋪設的，是玻璃鋼管道應用的一種鋪設形式。它在受到管內(nèi)液體內(nèi)壓作用的同時，還受到回填土重量引起的外壓力，車輛的輪壓力或地面堆積物重等活動載荷、管內(nèi)流速變化而產(chǎn)生的瞬時壓力急劇升高或降低所引起的沖擊壓力（又稱水錘壓力）、管內(nèi)出現(xiàn)真空時的負壓等。進行玻璃鋼管復合材料埋地管的設計時，首先應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)要求流量來確定管的內(nèi)徑，根據(jù)管的工

6、作壓強和安裝條件（如埋設條件及深度）來確定管的結構受力層的厚度。在進行管的力學性能設計時，應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力來確定結構受力層的厚度。玻璃鋼管復合材料埋地管設計就是在初步確定其厚度及埋設深度后，要求應力、應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本文主要設計內(nèi)容在本文中，主要從力學角度研究埋地管道的設計方法，對玻璃鋼復合材料埋地管進行鋪

7、層設計，用ANSYS軟件對其進行建模，施加載荷（包括工作內(nèi)壓、回填土壓力和地面車輛通過時引起的土壓力），進行強度校核。并計算出最先一層失效強度和極限強度。2.玻璃鋼復合材料埋地管設計條件設計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20t載重汽車?；靥钔撩芏龋?.0018，wpr3kgcm基礎支撐角2＝120。材料用E－玻璃環(huán)氧，強度設計安全系數(shù)取n＝2。?3.埋地管外載計算及