Существуют различные типы гибких труб, используемых в канализационной системе, такие как трубы из ковкого чугуна, трубы из композитного материала акрилонитрил-бутадиен-стирол и трубы с твердой стенкой ABS, трубы из поливинилхлорида, полиэтиленовые трубы, трубы из армированного стеклопластика, трубы из армированного пластикового раствора и трубы из гофрированного металла с покрытием.
Обсуждается общий метод проектирования гибкой канализационной санитарной системы.
- Жесткость термопластичных труб
- Методы анализа термопластичных труб
Проектирование гибких канализационных сантехнических труб
Способность гибкой трубы нести приложенные нагрузки складывается из прочности трубы и пассивного сопротивления грунта при боковой деформации трубы относительно материалов засыпки и вертикальной деформации.
Таким образом, уплотнение материала засыпки по обе стороны трубы повлияет на эксплуатационные характеристики трубы в будущем. Гибкие трубы выходят из строя из-за значительного прогиба, разрушения, смятия, расслаивания и растрескивания.
Обычно прогиб гибкой трубы определяет ее эксплуатационные характеристики и используется в качестве основы для проектирования. Допустимый прогиб трубы зависит не только от ограничений проекта, но и от свойств материала трубы.
Производители труб обычно предоставляют эмпирические данные относительно долгосрочного прогиба трубы при различных условиях укладки.
Если такие данные отсутствуют, то долгосрочный прогиб гибкой канализационной трубы можно рассчитать, используя выражение модифицированной Айовы:
где:
: горизонтальный прогиб трубы, мм
DL: коэффициент запаздывания прогиба
Кб: коэффициент залегания
Wc: нагрузка, Н/м
r: средний радиус гибкой трубы, мм
E: модуль упругости при растяжении, Н/м2
I: момент инерции на длину, в мм2/мм
E: модуль реакции грунта, Н/мм2
Если прогиб гибкой трубы меньше, то горизонтальный прогиб, рассчитанный с помощью уравнения-1, почти равен вертикальному прогибу. Однако это не так, если отношение жесткости трубы к жесткости грунта мало.
Если гибкая труба закрыта бетоном, следует учитывать рекомендации производителя трубы и проектировать бетонную оболочку так, чтобы она воспринимала всю вертикальную нагрузку, в противном случае бетонную оболочку следует предотвратить.
Пассивное сопротивление грунта, которое в значительной степени влияет на прогиб трубы, выражается как модуль реакции грунта. Он связан с типом грунта и степенью его уплотнения.
Бюро мелиорации США установило взаимосвязь между модулем реакции грунта, типом материала подстилающего слоя и степенью уплотнения подстилающего слоя. Значения модуля реакции грунта, которые могут быть использованы в уравнении-1, рекомендованы и приведены в таблице-1, а классификация грунта вместе с типичными названиями и символами грунта приведена в таблице-2.
Таблица-1: Средние значения модуля реакции грунта (E’) для начального прогиба гибкой трубы
Таблица-2: Классификация грунтов
Класс грунта
Типичные названия
Групповой символ
Комментарии
I
Щебень
Угловатый, 6-40 мм
II
Хорошо сортированный гравий
Плохо сортированный гравий
Хорошо сортированные пески
Плохо сортированные пески
GW
GP
SW
SP
III
Шелковистый гравий
Глинистый гравий
Шелковистые пески
Глинистые пески
GM
ГК
SM
SC
IV
Неорганические алевриты
Неорганические глины
МН, МЛ
CH, CL
Не рекомендуется использовать для подстилающего слоя, подсыпки или первоначальной засыпки
V
Органические алевриты и глины
Торф
ОЛ, ОН
PT
Что касается коэффициента запаздывания прогиба, то он представляет собой коэффициент коррекции временных свойств уплотнения грунта, которые могут допускать деформацию гибкой канализационной трубы в течение некоторого времени после укладки трубы. Чем меньше степень уплотнения, тем больше коэффициент запаздывания прогиба.
Если заполняющий материал с обеих сторон трубы уплотнен в достаточной степени, начальная дефляция будет небольшой и, следовательно, коэффициент запаздывания прогиба будет больше. Рекомендуемый коэффициент запаздывания прогиба составляет от 1,25 до 1,5.
Что касается требований к подстилке при прокладке гибких канализационных труб, то они зависят от ширины прокладки канализационных труб, а рекомендуемые значения постоянной подстилки приведены в таблице-3.
Таблица-3: Значения коэффициента подстилающего слоя
Угол заложения, в градусах
Коэффициент постели,
0
0.11
30
0.108
45
0.105
60
0.102
90
0.096
120
0.090
180
0.083
Коэффициент жесткости (EI) в уравнении-1 представляет собой влияние собственной жесткости канализационной трубы на прогиб, а влияние пассивного давления на боковые стороны канализационной трубы представлено в уравнении-1 членом 0.061E’.
Следует помнить, что значения модуля реакции грунта, приведенные в таблице-1, являются средними, и поэтому существует пятидесятипроцентная вероятность того, что расчетный прогиб будет меньше фактического. Поэтому для вычисления максимального прогиба рекомендуется использовать 75% от значений, приведенных в Таблице-1.
При укладке и первоначальной засыпке необходимо соблюдать особую осторожность, поскольку способность трубы сохранять свою первоначальную форму и целостность зависит от определения, укладки и уплотнения грунта вокруг канализационной трубы.
В качестве материала для обратной засыпки рекомендуется выбирать бессвязный или гранулированный материал, поскольку он обладает удовлетворительными свойствами на сдвиг. Напротив, следует избегать использования связного материала, так как его невозможно уплотнить должным образом из-за ограничений пространства.
Следует избегать изменения уровня грунтовых вод на границе грунт-труба, так как это приводит к перемещению мелкозернистого грунта в гранулированный материал и, возможно, боковые опоры будут подвержены опасности и, возможно, потеряны.
Нагрузки на гибкие пластиковые трубы
Консервативно, нагрузка на гибкие трубы может быть принята за всю нагрузку призмы над трубой, и для ее расчета можно использовать следующее уравнение:
Wd=HwBc -> Уравнение-2
Приведенный выше метод расчета гибких канализационных труб является общим методом. Различные гибкие трубы имеют различные специфические свойства. Поэтому каждый тип гибкой трубы может потребовать больше деталей проектирования, которые должны быть учтены для рассматриваемой трубы.
Поэтому в следующих разделах будет кратко описана процедура проектирования для каждого типа канализационных санитарных труб:
Конструкция термопластичных гибких канализационных труб
Существует три типа термопластичных труб, а именно ABS, PE и PVC, и все они зависят от температуры. Низкая температура увеличивает жесткость и хрупкость термопластичной трубы, но высокая температура снижает жесткость трубы и увеличивает устойчивость к ударам.
Еще одним фактором, который необходимо учитывать, является растрескивание труб под воздействием концентрированных окислителей, органических химикатов, а также масел, жиров и восков.
Поэтому с термопластичными трубами следует правильно обращаться в условиях низких температур, а при высокой концентрации химических веществ их применение может быть пересмотрено.
Жесткость термопластичных труб
Жесткость трубы может быть оценена с помощью испытания на нагрузку параллельной пластиной. Для расчета жесткости трубы используется следующее уравнение:
F: сила на единицу длины
: прогиб трубы
E: модуль упругости
r: средний радиус трубы
I=t3?12 ->Уравнение-4
Где: t – толщина трубы
Коэффициент жесткости трубы (SF), который подставляется в уравнение-1 для расчета прогиба поля под нагрузкой грунта, может быть рассчитан с помощью следующего выражения:
Методы анализа термопластичных труб
При анализе термопластичных труб необходимо исследовать и проверять величины, включающие прогиб трубы, жесткость трубы, гидростатическое смятие стенки, прочность стенки на раздавливание, деформационное растрескивание стенки и прочность кольца на смятие.
Трубы из армированной термореактивной смолы или стекловолокна
Она проектируется в соответствии с требованиями Американского национального института стандартов. Основой проектирования является то, что трубопровод под внутренним давлением и внешней нагрузкой ведет себя как гибкий.
Существуют определенные условия, которые должны быть указаны до проведения расчетов конструкции.
Эти условия включают размер трубы, давление наддува, рабочее давление, состояние почвы, условия залегания трубы, глубину покрытия, нагрузку от движения автотранспорта.
Читать далее:
Качество, обработка и установка канализационных труб
Специальное строительство системы канализационных труб – методы и соображения
Как разработать схему прокладки канализационной системы?
Дренажи и канализация Термины Определения
Прямое проектирование бетонных труб для канализационной системы
Теория анализа нагрузки Марстона-Спенглера для канализационной системы
- Теория анализа нагрузок Марстона-Спенглера для канализационной санитарной системы.
- Качество, обработка и установка канализационных сантехнических труб.
- Обратная засыпка канализационной траншеи – уплотнение и оборудование.
- Концепция проектирования высотных зданий из железобетона.
- Специальное строительство системы канализационных труб – методы и соображения.
- Термопластичные композиты в строительстве – виды, свойства, применение.
- Как разработать схему расположения канализационной системы?.