铝和铝合金管的规格表7-13
②紫铜管及黄铜管
主要用于氧气、制冷、热交换器、机械设备中的油管系统。
2)几个基础数据
(1)公称直径
公称直径也称公称口径,是为了使管子、管件、阀门等相互连接而规定的标准直径。公称直径以字母DN表示,其后附加公称直径数值。公称直径的数值近似于内径的整数或与内径相等。例如DN50,则表示公称直径为50毫米的管子、管件或阀门等。常用的公称直径有DN15、DN20、DN25、DN32、DN40、DN50、DN65、DN80、DN100、DN125、DN150DN175、DN200、DN250、DN300、DN400、DN500、DN600共18种规格。
(2)公称压力
不同的材料在不同温度时所能承受的压力不同。在工程上把某种材料在介质温度为标准温度(某一温度范围)时所承受的最大工作压力称为公称压力,用符号PN表示。标准温度值相当于材料的机械强度仍能保持基本不变的最高温度,当温度超过该值时,机械强度才降低。当制品内的介质工作温度大于其标准温度时,在此温度下,制品所能承受的最大工作压力将小于其公称压力,表7-14~表7-16给出了钢制品、铸铁制品和铜制品的最大工作压力。
铸铁制品公称压力和最大工作压力(单位:MPa)表7-14
续上表
碳素钢及普通低合金钢制品的公称压力和最大工作压力(单位:MPa)表7-15
注:A3工作温度至300℃。
铜制品的公称压力和最大工作压力(单位:MPa)表7-16
2土体中的附加应力
构筑物倒塌触地时在地面产生的压力可近似为三角形分布,由此计算土体中的附加应力。由于构筑物与土体相比是非常小的,所以土体可视为半无限。此外,实践表明,当外荷载不太大时,土体变形与所受荷载基本上呈线性关系。因此,可把土体视为半无限的线弹性变形体。这样就可采用弹性力学理论来确定地基土中的附加应力。作用于土体上的外荷载,通过各土粒之间的接触点来传递,所以按弹性理论计算土体中任点的应力,只能作为该点近似的平均应力。由于一般土粒尺寸与半无限空间体相比是微小的,故这种计算方法在实用上是允许的
1)竖向集中荷载作用下地基中的附加应力早在1885年,布辛奈斯克(Boussinesqj)就推导出在无限大平面和均质半无限空间体内(图7-16)任一点M处,由集中力P引起的铅直
向应力a2的计算式:
(7-18)
同时,在M点的微分土体上,还会产生其他方向的法向应力a与ay,剪应力o、y与τx处,将在x、y、z三个轴线方向上产生三个轴向应力,并在平行于各坐标轴方向的平面上产生
图7-16由铅直向集中力P引起的附加应力
(图7-16)。这表明在半无限空间体内的任一点
三对剪应力,它们的表达式为:
(7-19)
(7-20)
(7-21
这就是经典弹性力学中一个基本课题的解答。
式(7-18)又可表示为:
(7-22)
式中:K—铅直向附加应力分布系数,无因次,其变化如图7-17
由式(7-22)可看出,当深度z为一定值时,水平距离r愈大,则K值愈小,因而a2亦愈小。又在P的作用线之下,即r=0的铅直线上,z值愈大,σ值愈小。这种现象即土中应力的扩散现象。图7-18a)给出了应力的分布规律。现分析图7-18a)中=2.0的情况。由图7-17查得K=0.01,表明在=2.0处的斜线上各点的附加应力已经很小,就可把此斜线近似地作为应力分布边界。在此线以外的附加应力很小,可忽略不计。连接地基中相同a2值的各点,可绘出如图7-18b)的等应力线图。此图也称应力泡。若地面上同时作用有多个集中力,如图7-18c)中P1、P2,则应分别算出各个集中力在土中任一深度水平面AB上所引起的附加应力,并对其求和,如图7-18c)中虚线abcd范围所示该现象称为应力集中现象。
2)三角形分布铅直荷载的情况
当矩形受荷面上承受三角形分布的铅直荷载时(图7-19),位于荷载强度为零的角点C下的附加应力按下式计算:
(7-23)
式中:力1三角形分布荷载的最大值,kPa;
K
角形分布荷载下,相应的应力分布系数,无因次,为的函数,可由表7-17查用。
图7-17K关系曲线
图7-18集中荷载作用下土中附加应力a2的扩散与集聚现象
三角形荷载作用矩形荷载面角点下的应力分布系数K值表7-17
续上表
a2沿深度的变化见图7-20
在计算矩形荷载面以内或以外任一点M之下的附加应力时,对于三角形分布荷载的情况,可用分布综合角点法进行。例如,当M点在最大荷载边上时,可根据应力叠加原理作出,如图7-21所示的计算图,据此不难看出:
K=Kd+Kc(d-K(d-Kt(D
(7-24)
式中:K均布铅直荷载
K—三角形铅直荷载作用于矩形荷载面角点下的应力分布系数
图7-19矩形荷载面上三角形
图7-20三角形分布荷载下Oz沿
图7-21均布荷载和三角形
铅直荷载分布
深度的变化
荷载的叠加
3埋管上的土压力计算
埋管上土压力的大小与许多因素有关,如管道埋设方式、埋置深度、开槽宽度、管道、管道支座形式、填土土质及压缩变形特性。通常把埋管分为沟埋式和上埋式两类,如图7-22所示
沟埋式如图7-2a)所示,此时开槽宽度相对较小,埋管置于槽底,管顶上的回填土在自重及荷载作用下产生沉降变形时,必然受到槽壁向上的摩阻力,回填土的一部分自重与槽壁向上的摩阻力相抵消,所以,此时管顶所受的垂直压力小于填土自重p2 图7-22涵管的埋置方式 a)沟埋式;b)上埋式 1)沟埋式管顶的垂直土压力计算 当地面无荷载时,沟埋式管顶的垂直土压力计算如下。 黏性土: (7-25) 无黏性土 (7-26) 式中:y填土的重度,kN/m3; K0—静止土压力系数; φ填土的内摩擦角,(°); c—填土的黏聚力,kPa; 地面下的深度, m o 由上式可见,随着深度增加,垂直压力增量将逐渐减小;随着宽度增加(B/D值的增大), 沟壁摩阻力τ对涵洞上的计算荷载将逐渐减小,当宽度>5z时,括号中的第二项可略去不计, 垂直压力将等于常数: 对于砂性土 (7-27) 对于黏性土: (7-28) 上面公式建立于假定σ2在任何深度z处沿水平方向为均匀分布。实际上,由于槽壁摩擦 力的影响,垂直压力的分布在水平方向常有变化,而不是均匀分布,为此,我国目前多采用修正 的公式,假定G2在任何深度水平面上呈抛物线状分布,如式(725)可写成 (7-29) 式中:a应力不均匀分布系数,一般取0.2~0.3; x水平坐标。 2)上埋式管上的土压力 在天然地基上埋设涵管,由于管顶上的填土与两侧填土之间的沉降不同,两侧填土下沉对 涵管顶上填土发生向下的剪切力,当地面无荷载时,计算方法如下 (7-30) 作用于涵管侧壁的水平压力可根据下式计算: (7-31) 涵管侧壁的水平压力也呈曲线分布,与竖向压力成正比。 3)构筑物倒塌触地时管壁压力的计算 当埋管上的地面施加有因构筑物倒塌触地而产生的撞击力时,管壁上的压力可用下式 计算 (7-32) 式中:P管管壁上的压力; 埋管上的土压力 P附—因构筑物撞击地面引起的土体附加应力; K动应力放大系数,K=2~3。 有了管壁压力,就可与管道的最大工作压力比较,判断管道是否安全。
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