Кратковременный модуль упругости при растяжении материала

ПРИЛОЖЕНИЕ Д
МЕТОДИКА ПРОЧНОСТНОГО РАСЧЁТА ТРУБОПРОВОДОВ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ ПРОКЛАДКЕ
(ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ)

Прочностной расчёт трубопроводов из полимерных материалов, уложенных в земле, рекомендуется сводить к соблюдению неравенства:
для напорных трубопроводов

для напорных трубопроводов

(Д.1)

для самотечных трубопроводов

(Д.2)

для дренажных трубопроводов

(Д.3)

где εр — максимальное значение деформации растяжения материала в стенке трубы из-за овальности поперечного сечения трубы под действием грунтов (qгр, МПа) и транспортных нагрузок (, МПа);
ε — степень растяжения материала стенки трубы от внутреннего давления воды в трубопроводе;
εс — степень сжатия материала стенки трубы от воздействия внешних нагрузок на трубопровод;
εрр — предельно допустимое значение деформации растяжения материала в стенке трубы, происходящей в условиях релаксации напряжений;
εрп — предельно допустимая деформация растяжения материала в стенке трубы в условиях ползучести;
Кзд — коэффициент запаса, учитывающий вид перфорации в стенках трубы, который можно принять при круговом отверстии в гладкостенной трубе — 2,3; круговом отверстии в стекло- (базальто) пластиковой трубе — 3,0; щелевом отверстии со скругленными углами (соотношение сторон 8:1, например, 25 на 3) — 1,3; для других условий величина Кзд должна приводиться в нормативных документах.
Значение εр может быть определено по формуле

(Д.4)

где Кσ — коэффициент постели грунта для изгибающих напряжений, учитывающий качество уплотнения, его можно принимать: при тщательном контроле — 0,75, при периодическом контроле — 1,0, при отсутствии контроля — 1,5;
Кзψ — коэффициент запаса на овальность поперечного сечения трубы, принимается равным: 1,0 — для напорных и самотечных трубопроводов и 2 — для дренажных трубопроводов;
ψ — относительное укорочение вертикального диаметра трубы в грунте, устанавливается как предельно допустимое значение

(Д.5)

где ψгр — относительное укорочение вертикального диаметра трубы под действием грунтовой нагрузки;
ψт — то же, под действием транспортных нагрузок;
ψм — относительное укорочение вертикального диаметра трубы, образовавшееся в процессе складирования, транспортировки и монтажа. Его можно приближенно принимать по таблице Д.1.

Таблица Д.1

Кольцевая жесткость G0 оболочек трубы, Паψм при степени уплотнения грунта
до 0,850,85-0,95более 0,95
До 276 0000,060,040,03
276 000-290 0000,040,030,02
Больше 290 0000,020,020,01

(Д.6)

где Кτ — коэффициент, учитывающий запаздывание овальности поперечного сечения трубы во времени и зависящий от типа грунта, степени его уплотнения, гидрогеологических условий, геометрии траншеи, может принимать значения от 1 до 1,5;

Кw — коэффициент прогиба, учитывающий качество подготовки ложа и уплотнения, можно принимать: при тщательном контроле — 0,09, при периодическом — 0,11, при бесконтрольном ведении работ — 0,13;
Кгр — коэффициент, учитывающий влияние грунта засыпки на овальность поперечного сечения трубопровода, можно принять равным 0,06;
Егр — модуль деформации грунта в пазухах траншеи, МПа;
Кж — коэффициент, учитывающий влияние кольцевой жесткости оболочки трубы на овальность поперечного сечения трубопровода, можно принимать равным 0,15;

(Д.7)

где
γ — удельный вес грунта, Н/м³;
Нтр — глубина засыпки трубопровода, считая от поверхности земли до уровня горизонтального диаметра, м;
G0 — кратковременная кольцевая жесткость оболочки трубы, МПа;

(Д.8)
где
E0 — кратковременный модуль упругости при растяжении материала трубы, МПа;
I — момент инерции сечения трубы на единицу длины, определяемый по формуле

(Д.9)

μ — коэффициент Пуассона материала трубы, приводится в нормативной документации;

(Д.10)

где Кy — коэффициент уплотнения грунта;
— транспортная нагрузка, принимаемая по справочным данным для гусеничного, колесного и другого транспорта, МПа;
n — коэффициент, учитывающий глубину заложения трубопровода, при H < 1 п = 0,5;
Кок — коэффициент, учитывающий процесс округления овализованной трубы под действием внутреннего давления воды в водопроводе (Р, МПа)

(Д.11)

где qc — суммарная внешняя нагрузка на трубопровод, МПа;

(Д.12),(Д.13),(Д.14)

(Д.15)

где σ0 — кратковременная расчётная прочность при растяжении материала трубы, МПа;
Е0, Еτ — кратко- и долговременное значения модуля упругости при растяжении материала трубы на конец срока службы эксплуатации трубопровода, МПа.

(Д.16)

где Кз — коэффициент запаса, должен приводиться в нормативных документах.
Если в результате расчётов значение левой части выражения (Д.1) будет больше 1, то следует повторить расчёты при других характеристиках материала труб или укладки трубопровода.
Далее проверяют устойчивость оболочки трубы против действия сочетания нагрузок: для напорных сетей — грунтовые и транспортные qc, от грунтовых вод, Qгв, а также возможного возникновения вакуума Qвак в трубопроводе, для самотечных сетей — qгр + Qгв для дренажных сетей — с использованием выражения

(Д.17)

где Куг — Коэффициент, учитывающий влияние засыпки грунта на устойчивость оболочки, можно принять 0,5, а для соотношения Qгв : qт = 4 : 1 — равным 0,07;
Ков — коэффициент, учитывающий овальность поперечного сечения трубопровода, при 0 < ψ < 0,05 Ков = 1 — 0,7ψ,
Кзу — коэффициент запаса на устойчивость оболочки на действие внешних нагрузок, можно принять равным 3;
— длительная кольцевая жесткость оболочки трубы, МПа, определяется по формуле

Читайте также:  Укол от растяжения связок

(Д.18)
Пример расчёта на прочность подземного канализационного трубопровода

Дано. Трубы с наружным диаметром 1200 мм, ПНД, среднелегкого типа с толщиной стенки s = 46,2 мм (ГОСТ 18599) укладываются в траншею на глубину Hтр = 5 м в сети самотечной канализации. В условиях строительства по поверхности над трубопроводом возможно перемещение тяжелого транспорта с давлением на грунт = 0,01 МПа. Высота грунтовых вод — 1 м от поверхности земли. Требуется подобрать грунт для засыпки.
Решение. Для засыпки на месте строительства принимаем грунт с удельным весом γ = 18 кН/м3. Значения кратко- и долговременного модулей упругости ПНД — E0 = 800 МПа и Еτ = 200 МПа.
1. Определяем грунтовую нагрузку qгр = γНтр = 18.5 = 90 кН/м² = 0,09 МПа.
2. Определяем общую нагрузку qс = qгр + qт = 0,09 + 0,01 = 0,1 МПа.
3. Определяем кратковременную кольцевую жесткость оболочки трубы по (Д.8, Д.9)

4. Определяем относительное укорочение вертикального диаметра трубы под действием грунтовой нагрузки по (Д. 6) при Кок = 1

принимаем Кτ — как среднее значение, равным 1,25;
Кw — с учетом периодического контроля равным 0,11;
Кж — равным 0,15;
Кгр — равным 0,06;
Егр — равным 5 МПа (для средних условий).
5. Определяем укорочение вертикального диаметра трубы под действием транспортной нагрузки по (Д. 10)

6. Определяем относительное укорочение вертикального диаметра трубы по (Д.5), приняв ψт = 2 % (для G0 > 0,29 МПа и степени уплотнения грунта 0,85-0,95 по таблице Д.1)

7. Определяем максимальное значение степени растяжения материала в стенке трубы из-за овальности поперечного сечения трубопровода под действием нагрузок по (Д.4 ) при Кσ = 1 м

8. Определяем степень сжатия материала стенки трубы, происходящего под действием внешних нагрузок на трубопровод по (Д.14)

9. Определяем допустимую степень растяжения материала в стенке трубы, происходящего в условиях релаксации по (Д. 15) при σ = 25 МПа

10. Определяем допустимую степень растяжения материала в стенке трубы, происходящего в условиях ползучести по (Д.16)

11. Проверяем прочность по (Д.2)

т.е. принятые данные по грунту засыпки и его уплотнения удовлетворяют прочностным требованиям для данного трубопровода.

Источник

Дата введения 1982-07-01

Постановлением государственного комитета СССР по стандартам от 26 августа 1981 г. N 4058 дата введения установлена 01.07.82

Ограничение срока действия снято по протоколу N 5-94 Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 11-12-94)

ВЗАМЕН ГОСТ 9550-71

ИЗДАНИЕ (май 2004 г.) с Поправкой (ИУС 11-89).

Настоящий стандарт распространяется на пластмассы и устанавливает методы определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе.

Стандарт не распространяется на ячеистые пластмассы и пленки из пластмасс.

Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 2345-80.

Термины, применяемые в настоящем стандарте, и их пояснения приведены в приложении.

1. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ

1.1. Сущность метода

Сущность метода заключается в определении модуля упругости при растяжении как отношения приращения напряжения к соответствующему приращению относительного удлинения, установленному настоящим стандартом.

1.2. Отбор образцов

1.2.1. Для испытания применяют образцы по ГОСТ 11262-80.

1.2.2. Количество образцов, взятых для испытания одной партии материала, а для анизотропных материалов в каждом из выбранных направлений, должно быть не менее 3.

1.3. Аппаратура

Для проведения испытания применяют аппаратуру по ГОСТ 11262-80, при этом испытательная машина должна обеспечивать скорость раздвижения зажимов (1,0±0,5)% в минуту, а прибор для измерения удлинения должен обеспечивать измерение с погрешностью не более 0,002 мм.

1.4. Подготовка к испытанию

1.4.1. Перед испытанием образцы кондиционируют в стандартной атмосфере по ГОСТ 12423-66 не менее 16 ч, если в нормативно-технической документации на конкретную продукцию нет других указаний.

1.4.2. Перед испытанием измеряют толщину и ширину образца по ГОСТ 11262-80.

1.5. Проведение испытания

1.5.1. Испытание проводят при температуре и относительной влажности, указанных в нормативно-технической документации на конкретную продукцию.

Если в нормативно-технической документации на конкретную продукцию нет других указаний, то испытание проводят в соответствии с ГОСТ 12423-66 при температуре (23±2) °С и относительной влажности (50±5)%.

1.5.2. Образец закрепляют в машину так, чтобы продольные оси зажимов и ось образца совпадали с линией, соединяющей точки крепления зажимов на испытательной машине.

1.5.3. На образце, закрепленном в зажимах, проводят установку и настройку прибора для измерения удлинения.

Читайте также:  Растяжение стопы народные методы

1.5.4. Образец нагружают при скорости раздвижения зажимов испытательной машины, обеспечивающей скорость деформации образца (1,0±0,5)% в минуту. Нагружение осуществляют до величины относительного удлинения 0,5%.

Если образцы разрушаются до достижения относительного удлинения 0,5%, нагружение проводят до меньшей величины деформации, установленной в нормативно-технической документации на конкретную продукцию.

1.5.5. Графическую запись нагрузки и деформации проводят в следующем масштабе:

100-150 мм на диаграмме должно соответствовать 0,4% относительного удлинения;

не менее 100 мм на диаграмме должно соответствовать приращению нагрузки, соответствующему увеличению относительного удлинения на 0,4%.

1.6. Обработка результатов

1.6.1. По диаграмме определяют значения нагрузки, соответствующие величинам относительного удлинения 0,1 и 0,3%. Допускаются меньшие значения относительного удлинения для образцов, предусмотренных в п.1.5.4.

1.6.2. Модуль упругости при растяжении () в МПа вычисляют по формуле

,

где — нагрузка, соответствующая относительному удлинению 0,3%, Н;

— нагрузка, соответствующая относительному удлинению 0,1%, Н;

— расчетная длина образца, мм;

— площадь начального поперечного сечения образца, мм;

— удлинение, соответствующее нагрузке , мм;

— удлинение, соответствующее нагрузке ,

мм.

1.6.3. За результат испытания принимают среднеарифметическое значение всех параллельных определений.

1.6.4. Величину стандартного отклонения вычисляют по ГОСТ 14359-69.

1.6.5. Результаты испытания записывают в протокол, который должен содержать следующие данные:

наименование и марку пластмассы и номер партии;

метод испытания;

наименование испытательной машины;

тип и марку прибора для измерения деформации;

условия проведения испытания (скорость нагружения, температура, графическая запись и т.д.);

тип испытуемого образца (форма, размеры);

условия подготовки испытуемого образца;

количество образцов, взятых для испытания;

среднеарифметическое определяемого показателя и стандартное отклонение;

дату испытания;

обозначение настоящего стандарта.

2. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ ПРИ СЖАТИИ

2.1. Сущность метода

Сущность метода заключается в определении модуля упругости при сжатии как отношения приращения напряжения к соответствующему приращению относительной деформации сжатия, установленному настоящим стандартом.

2.2. Отбор образцов

2.2.1. Для испытания применяют образцы по ГОСТ 4651-82. База измерения деформации должна составлять не менее 10 мм и не более высоты образца при измерении деформации прибором, установленным на образце.

При изготовлении образцов из изделий толщиной менее 5 мм используют образцы в форме прямоугольных пластин размерами (80±2)х(10,0±0,5) мм, а толщина образца равна толщине изделия. Для армированных пластмасс ширина образцов равна (15,0±0,5) мм. Для предотвращения потери устойчивости при испытании таких образцов применяют приспособление (черт.1).

Черт.1. Приспособление для испытания на сжатие образцов толщиной менее 5 мм

Приспособление для испытания на сжатие образцов толщиной менее 5 мм

Черт.1

2.2.2. Количество образцов должно соответствовать п.1.2.2.

2.3. Аппаратура

Для проведения испытания применяют аппаратуру по ГОСТ 4651-82, при этом испытательная машина должна обеспечивать скорость сближения опорных площадок со скоростью деформации образца (1,0±0,5)% в минуту, а прибор для измерения деформации сжатия должен обеспечивать измерение с погрешностью не более 0,002 мм.

2.4. Подготовка к испытанию

2.4.1. Перед испытанием образцы кондиционируют в стандартной атмосфере по ГОСТ 12423-66 не менее 16 ч, если в нормативно-технической документации на конфетную продукцию нет других указаний.

2.4.2. Перед испытанием измеряют размеры образцов по ГОСТ 4651-82.

2.5. Проведение испытания

2.5.1. Испытания проводят при температуре и относительной влажности, указанных в п.1.5.1.

2.5.2. Образец устанавливают на опорных плитах испытательной машины так, чтобы продольная ось образца совпадала с направлением действия силы.

2.5.3. Устанавливают прибор для измерения деформации. Деформацию при сжатии определяют измерением расстояния между площадками или по изменению базы на образце (см. п.2.2.1).

2.5.4. Образец нагружают при скорости сближения площадок испытательной машины, обеспечивающей скорость деформации образца (1,0±0,5)% в минуту. Нагружение осуществляют до величины деформации 0,5%.

Если образцы разрушаются до достижения относительной деформации 0,5%, нагружение осуществляют до меньшей величины деформации, установленной в нормативно-технической документации на конкретную продукцию.

2.5.5. Графическую запись нагрузки и деформации проводят в соответствии с п.1.5.5 при значениях относительной деформации сжатия, равных значениям относительного удлинения, указанных в п.1.5.5.

2.6. Обработка результатов

2.6.1. По диаграмме определяют значения нагрузки, соответствующие величинам относительной деформации 0,1 и 0,3%.

Допускаются меньшие значения относительной деформации при сжатии для образцов, предусмотренных в п.2.5.4.

2.6.2. Модуль упругости при сжатии () в МПа вычисляют по формуле

,

где — нагрузка, соответствующая относительной деформации 0,3%, Н;

— нагрузка, соответствующая относительной деформации 0,1%, Н;

— начальная высота образца или базы, мм;

— площадь начального поперечного сечения образца, мм;

— изменение высоты или базы, соответствующее нагрузке , мм;

— изменение высоты или базы, соответствующее нагрузке, ,

мм.

2.6.3. За результат испытания принимают среднеарифметическое значение всех параллельных определений.

2.6.4. Величину стандартного отклонения вычисляют, как указано в п.1.6.4.

2.6.5. Результаты испытания оформляют протоколом, как указано в п.1.6.5.

Читайте также:  Шишка на ноге после растяжения

3. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ ПРИ ИЗГИБЕ

3.1. Сущность метода

Сущность метода заключается в определении модуля упругости при изгибе как отношения приращения напряжения к соответствующему приращению относительной деформации, установленному настоящим стандартом.

3.2. Отбор образцов

3.2.1. Для испытания применяют образцы по ГОСТ 4648-71.

3.2.2. Количество образцов должно соответствовать п.1.2.2.

3.3. Аппаратура

Для проведения испытания применяют аппаратуру по ГОСТ 4648-71, при этом испытательная машина должна обеспечивать скорость сближения нагружающего наконечника и опор, соответствующую скорости деформации образца (1,0±0,5)% в минуту, а прибор для измерения деформации образца должен обеспечивать измерение с погрешностью не более 0,01 мм.

3.4. Подготовка к испытанию

3.4.1. Перед испытанием образцы кондиционируют в стандартной атмосфере по ГОСТ 12423-66 не менее 16 ч, если в нормативно-технической документации на конкретную продукцию нет других указаний.

3.4.2. Перед испытанием измеряют размеры образцов по ГОСТ 4648-71.

3.5. Проведение испытания

3.5.1. Испытания на изгиб проводят двумя методами:

А — при нагружении по трехточечной схеме (черт.2);

Б — при нагружении по четырехточечной схеме (черт.3).

Черт.2. Трехточечная схема нагружения при изгибе

Трехточечная схема нагружения при изгибе

Метод А

Черт.2

Черт.3. Четырехточечная схема нагружения при изгибе

Четырехточечная схема нагружения при изгибе

Метод Б

— нагрузка; — расстояние между опорами; — прогиб; — эпюра момента

Черт.3

При методе А испытуемый образец нагружают наконечником в середине расстояния между опорами.

При методе Б испытуемый образец нагружают парой наконечников, расположенных в средней трети расстояния между опорами.

Выбор метода предусматривается в нормативно-технической документации на конкретную продукцию.

Прогиб измеряют:

в методе А — в середине расстояния между опорами (черт.2). Величину прогиба оценивают по величине перемещения подвижной части нагружающего устройства;

в методе Б — в соответствии с черт.3.

3.5.2. Испытания проводят при температуре и относительной влажности, указанных в п.1.5.1.

3.5.3. Расстояние между опорами () устанавливают в зависимости от толщины образца () от 15 до 17 мм и измеряют с погрешностью не более 0,5%.

3.5.4. На образце, лежащем на опорах, осуществляют установку и настройку прибора для измерения прогиба.

3.5.5. Образцы нагружают при скорости сближения нагружающего наконечника и опор, обеспечивающей скорость деформации образца (1,0±0,5)% в минуту.

Нагружение осуществляют до величины относительной деформации крайних волокон 0,5%.

Относительную деформацию крайних волокон () вычисляют по формуле

для метода А

;

для метода Б

,

где — значение прогиба, мм;

— толщина образца, мм;

— расстояние между опорами, мм.

Если образцы разрушаются до достижения относительной деформации крайних волокон 0,5%, нагружение осуществляют до меньшей величины деформации, установленной в нормативно-технической документации на конкретную продукцию.

3.5.6. Графическую запись нагрузки и деформации проводят в соответствии с п.1.5.5 при значениях прогиба, соответствующих значениям относительной деформации крайних волокон, указанных в п.1.5.5.

3.6. Обработка результатов

3.6.1. По диаграмме определяют значения нагрузки и прогиба, соответствующие значениям относительной деформации крайних волокон 0,1 и 0,3%.

Допускаются меньшие значения относительной деформации при изгибе для образцов, предусмотренных в п.3.5.5.

3.6.2. Модуль упругости при изгибе () в МПа вычисляют по формуле

для метода А

;

для метода Б

,

где — расстояние между опорами, мм;

— нагрузка при величине относительной деформации крайних волокон 0,3%, Н;

— нагрузка при величине относительной деформации крайних волокон 0,1%, Н;

— ширина образца, мм;

— толщина образца, мм;

— прогиб образца, соответствующий относительной деформации крайних волокон 0,3%, мм;

— прогиб образца, соответствующий относительной деформации крайних волокон 0,1%, мм

.

3.6.3. За результат испытания принимают среднеарифметическое значение всех параллельных определений.

3.6.4. Величину стандартного отклонения вычисляют, как указано в п.1.6.4.

3.6.5. Результаты испытания оформляют протоколом, как указано в п.1.6.5.

ПРИЛОЖЕНИЕ (справочное). Термины, применяемые в настоящем стандарте, и их пояснения

ПРИЛОЖЕНИЕ
Справочное

Понятие

Обозначение

Единица измерения

Определение

Модуль упругости

МПа

Мера жесткости материала, характеризующаяся сопротивлением развитию упругих деформаций.

при растяжении

МПа

Модуль упругости определяют как отношение приращения напряжения к соответствующему приращению деформации

при сжатии

МПа

при изгибе

МПа

2. Скорость деформации

мин

Изменение относительной деформации растяжения или сжатия в единицу времени.

Скорость деформации при растяжении и сжатии определяют как отношение скорости перемещения подвижного элемента испытательной машины () к длине образца между кромками зажимов или сжимающими площадками. При изгибе вычисляют по формуле

для метода А

;

для метода Б

,

где — скорость относительной деформации крайних волокон образца, равная 0,01 мин;

— расстояние между опорами, мм;

— толщина образца, мм.

ПРИЛОЖЕНИЕ. (Поправка).

Текст документа сверен по:
официальное издание
М.: ИПК Издательство стандартов, 2004

Источник