Рекомендации по применению водопропускных труб из полимерных композиционных материалов (стр. 12 )

Приложение А
(рекомендуемое)
Расчет водопропускных труб на прочность и устойчивость

Прочность трубы из полимерных композитов обеспечена при условии соблюдения неравенства согласно СП 40-102:

	(А.1)
где:	εp – максимальное значение деформации растяжения материала в стенке трубы из-за овальности поперечного сечения трубы под действием грунтов и временной нагрузки; εc – степень сжатия материала стенки трубы от воздействия грунта и временной нагрузки; εpp – предельно допустимое значение деформации растяжения материала в стенке трубы в условиях релаксации напряжений (с учётом длительного модуля упругости материала трубы); εpn – предельно допустимое значение деформации растяжения материала в стенке трубы в условиях ползучести (с учётом начального модуля упругости материала трубы).

Значения εp, εc, εpp, εpn определяются по формулам:

	(А.2)
	(А.3)
	(А.4)
	(А.5)
где:	– толщина стенки трубы, м; D – наружный диаметр трубы, м; – коэффициент, учитывающий качество уплотнения грунта засыпки. Принимается при операционной контроле основания – 0,75, при периодическом контроле – 1,0, при отсутствии контроля –1,5. р – суммарная постоянная и временная нагрузка, МПа. Значения постоянных и временных нагрузок определяются по СП 35.13330; – расчетная прочность при растяжении материала трубы в поперечном направлении оси трубы, МПа; Et – долговременный модуль упругости при растяжении материала трубы, МПа.

Относительная деформация вертикального диаметра трубы (Y) в процессе строительства и эксплуатации:

	(А.6)
где:	YГР – относительная деформация вертикального диаметра трубы под действием грунта насыпи; YТ – относительная деформация вертикального диаметра трубы под действием временных нагрузок.

Относительная деформация вертикального диаметра трубы под действием грунта насыпи:

	(А.7)
где:	KT – коэффициент, зависящий от типа грунта, степени его уплотнения, гидрогеологических условий, геометрии траншеи. Допускается принимать при операционной контроле основания – 1,0, при периодическом контроле – 1,25, при отсутствии контроля – 1,5; KW – коэффициент, учитывающий осадку трубы в процессе эксплуатации. Принимается при операционной контроле основания ─ 0,09, при периодическом контроле основания – 0,11, при отсутствии контроля – 0,13; – вертикальное давление насыпи на трубу (МПа); КЖ – коэффициент, учитывающий влияние кольцевой жесткости трубы на овальность поперечного сечения. Допускается принимать равным 0,15; G0 – начальная кольцевая жесткость трубы (МПа), определяемая по формуле:
	(А.8)
где:	E0 – начальный модуль упругости при растяжении материала трубы, МПа. I – момент инерции поперечного сечения трубы на единицу длины (м4/м), определяемый по формуле:
	(А.9)
	μ – коэффициент Пуассона материала трубы; Кгр – коэффициент, учитывающий влияние отпора грунта засыпки. Допускается принимать равным 0,06; Егр – модуль деформации грунта в пазухах траншеи, МПа.

Относительная деформация вертикального диаметра трубы под действием временных нагрузок равна:

	(А.10)
где:	KY – коэффициент уплотнения грунта. Рекомендуется принимать не менее 0,95; – временная нагрузка, МПа.

K3=1,68 – коэффициент запаса. На основании ГОСТ Р 54928 при проектировании рекомендуется использовать номинальное значение коэффициента запаса, с учетом влияния ползучести на изменение модуля упругости, и должно быть подтверждено экспериментально.

Если в результате расчетов значение левой части неравенства (А.1) будет больше 1, то следует увеличить толщину стенки трубы.

Устойчивость стенки трубы из полимерных композиционных материалов под действием внешней нагрузки проверяется с использованием выражения:

	(А.11)
где:	– коэффициент, учитывающий влияние засыпки грунта на устойчивость трубы. Допускается принимать равным 0,5, – коэффициент, учитывающий деформации поперечного сечения трубы:
	(А.12)
	– долговременная кольцевая жесткость трубы, МПа:
	(А.13)
	– коэффициент запаса. Допускается принимать равным 3 на основании [3].

1 – Результаты расчета по аналитической методике на прочность и устойчивость

Класс кольцевой жесткости SN	Внутренний диаметр трубы d, см	Толщина стенки трубы , см	Начальный модуль упругости E0 при растяжении материала трубы в поперечном направлении, МПа	Долговременный модуль упругости Et при растяжении материала трубы в поперечном направлении, МПа	Расчетная прочность при растяжении материала трубы в поперечном направлении оси трубы , МПа	Высота засыпки грунтом Н, м	Модуль деформации грунта в пазухах траншеи Егр, МПа	Суммарная постоянная и временная нагрузка на трубу р, МПа	Начальная кольцевая жесткость трубы G0, МПа	Проверка прочности. Полученное значение должно быть меньше 1	Долговременная кольцевая жесткость трубы Gt, МПа	Устойчивость стенки трубы под действием внешней нагрузки. Полученное значение должно быть больше р
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
SN 5000	100	1,51	18228,55	4371,35	14,4	1,0	10	0,0835	0,2951	0,6808	0,0708	0,1387
20	0,5128	0,1972
30	0,4542	0,2419
40	0,4243	0,2796
3,0	10	0,1011	0,8668	0,1383
20	0,6429	0,1968
30	0,5647	0,2417
40	0,5248	0,2794
6,0	10	0,1453	1,2857	0,1373
20	0,9446	0,1961
30	0,8254	0,2411
40	0,7647	0,2789
9,0	10	0,1966	1,7606	0,1362
20	1,2889	0,1953
30	1,1241	0,2404

Продолжение таблицы А.1