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根據承受負載的管土共同作用,管材的結構性能是決定能否承受負載的重要參數。這個管材參數(抗外壓負載)由三個由管材材料、結構和尺寸決定的因素(Ep Ip ro)。但是,在實踐中這三個數值不容易獲得。國際公認的一個在實際生產和應用中容易獲得、容易檢查和容易保證的管材參數(抗外壓負載)的方法就是引入名稱為‘環剛度’的數值指標。所以,環剛度就是管材抗外壓負載的值。
國際標準ISO對于環剛度S的定義是(見ISO9967 Annex A):E 材料的彈性模量 I慣性矩 D 管環的平均直徑單位是KN/m2
所以,計算豎向管道變形量的公式可以直接用環剛度數值表示為
其中Sp 就是國際標準規定的環剛度。
(D=2 ro, = =8Sp )
這樣,只要知道環剛度Sp 的數值,不需要知道彈性模量Ep、慣性矩Ip和管道計算半徑ro的確切數值就可以進行設計計算。而環剛度Sp 的數值可以通過對管材的實際測量來獲得。通過對管材的實際測量來獲得環剛度Sp 的方法已經標準化,就是國際標準ISO 9969:1994。我國國家標準GB/T 9647-2003 )‘熱塑性塑料管材環剛度的測定’等同采用了ISO 9969:1994。
國家標準GB/T 9647-2003測定環剛度的方法比較簡單:按要求的方法在兩個平行的平板間壓縮一段管材,測量在管直徑方向變形達到3%時的作用力F,就可以按照以下公式計算出管材的環剛度:
其中,F –相對于管材3%變形時的力值(kN)
L –試樣長度(m)
Y –變形量(m) d—內徑(m)
為什么用此標準方法實際測量出來的環剛度可以確認為就是我們需要的EI/D數值呢?
因為在兩個平行平板間壓縮管段產生變形是一個典型的材料力學問題。利用材料力學的分析方法可以證明變形量,作用力和管材的參數EI/D—環剛度有以上公式所表示的明確關系。
國際上目前都廣泛應用環剛度這個數值指標來表示塑料埋地排水管的抗外壓負載能力。因為:1)不需要知道彈性模量Ep、慣性矩Ip和管道計算半徑ro的確切數值,只要知道環剛度Sp 的數值就可以進行設計計算; 2)環剛度Sp 的數值可以通過對管材的實際測量來獲得; 3)生產廠只要保證環剛度達到要求,不必保證彈性模量Ep、慣性矩Ip和管道計算半徑ro都達到要求。而且環剛度在生產廠可以通過經常檢測進行控制