Свод правил по проектированию и строительству сп 40-102-2000 "Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования" (одобрен постановлением Госстроя РФ от 16 августа 2000 г. N 80)

Вид материала

Подобный материал:

1 2 3 4

Классификация труб из полимерных материалов

Для напорных труб действующие нормативные документы устанавливают соотношение между наружным диаметром и толщиной стенки труб в зависимости от максимального рабочего давления: 0,25; 0,32; 0,4; 0,6; 1; 1,6; 2; 2,5 МПа по формуле

2 (сигма)s

P = ──────────, (А.1)

D - s

н

где Р - максимальное рабочее давление (МОР), МПа;

D - наружный диаметр трубопровода, м;

н

s - толщина стенки трубопровода, м;

(сигма) - расчетная прочность из условия длительной прочности, МПа.

В принятой в настоящее время международной классификации маркировка труб производится по сериям "S" и стандартному отношению "SDR", значения которых определяются по формулам:

SDR - 1 D

S = ───────; SDR = ───. (А.2, А.3)

2 s

Максимальное рабочее давление связано с "S" и "SDR" отношением

2MRS

P = ──────────, (А.4)

c(SDR - 1)

где MRS - минимальная длительная прочность, МПа;

с - коэффициент запаса прочности, устанавливается для каждого вида

материала и должен приводиться в соответствующих сводах правил.

Канализационные трубы подразделяются на классы по кольцевой жесткости G_0, кПа

E

0 s 3 1

G = ──── (────) ────────), (А.5)

0 12 d (1 - мю)

m

где E - модуль упругости материала, кПа;

0

d - средний диаметр сечения трубы, м;

m

мю - коэффициент Пуассона материала трубы.

При G_0 < 2500 труба считается "нежесткой", при G_0 приблизительно = 2500 - 5000 - "полужесткой", при G_0 = 5000 - 10000 - "жесткой".

Основные показатели свойств некоторых полимерных материалов труб приведены в таблице А.1.

Таблица А.1 - Физико-механические показатели некоторых полимерных
материалов, применяемых при производстве труб и соединительных
деталей (справочные данные)

┌───────────────┬─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐

│ Показатель │ Величина показателя для материала │

│ ├──────────────────────┬───────────┬────────┬───────┬───────────┬─────────┬───────────────┤

│ │ ПНД │ ПВД (ПНП) │ ПВХ │ ПП │ Сшитый │Хлориро- │ Стеклопластик │

│ ├───────────┬──────────┤ │ │ │полиэтилен │ ванный │ │

│ │ ПВП │ ПСП │ │ │ │ │ ПВХ │ │

├───────────────┼───────────┼──────────┼───────────┼────────┼───────┼───────────┼─────────┼───────────────┤

│Плотность, │ 0,94-0,96 │0,93-0,94 │ 0,91-0,93 │ 1,4 │ 0,91│ 0,93-0,95 │ 1,57 │ 1,6-2,2 │

│г/см3 │ │ │ │ │ │ │ │ │

├───────────────┼───────────┼──────────┼───────────┼────────┼───────┼───────────┼─────────┼───────────────┤

│Предел │ 20-25 │ 15-18 │ 10-12 │ 50-56 │ 25-28 │ 18-26 │ 50-55 │ 40-200* │

│текучести при│ │ │ │ │ │ │ │ │

│растяжении, МПа│ │ │ │ │ │ │ │ │

├───────────────┼───────────┼──────────┼───────────┼────────┼───────┼───────────┼─────────┼───────────────┤

│Удлинение при│ 800 │ 800 │ 600 │ 50 │>200 │ 200-500 │ 70-120 │ 0,4-1,4 │

│разрыве, % │ │ │ │ │ │ │ │ │

├───────────────┼───────────┼──────────┼───────────┼────────┼───────┼───────────┼─────────┼───────────────┤

│Модуль │ 800 │ 600 │ 200 │3000 │ 1200 │ 550-800 │2900 │ 5000-25000** │

│упругости, МПа │ │ │ │ │ │ │ │ │

├───────────────┼───────────┼──────────┼───────────┼────────┼───────┼───────────┼─────────┼───────────────┤

│Коэффициент │ 2 │ 2 │ 2 │ 0,7 │ 1,5 │ 1,2-1,4 │ 0,62 │ 0,18-0,3 │

│теплового │ │ │ │ │ │ │ │ │

│линейного │ │ │ │ │ │ │ │ │

│расширения, │ │ │ │ │ │ │ │ │

│10(-4) °С(-1) │ │ │ │ │ │ │ │ │

├───────────────┼───────────┼──────────┼───────────┼────────┼───────┼───────────┼─────────┼───────────────┤

│Расчетная │ 5-6,3 │ 5 │ 2,5-3,2 │ 10 - │ 5-6,3 │ 6,3 │ 10 │ 10-30** │

│прочность, МПа │ │ │ │ 12,5 │ │ │ │ │

├───────────────┴───────────┴──────────┴───────────┴────────┴───────┴───────────┴─────────┴───────────────┤

│* Для фенолформальдегидных, полиэфирных и эпоксидных смол. │

│** В осевом направлении. │

└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

Приложение Б

Перечень нормативных документов

В настоящих нормах даны ссылки на следующие нормативные документы:

СНиП 2.04.01-85*. Внутренний водопровод и канализация зданий

СНиП 2.04.02-84*. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения

СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения

СНиП 2.04.14-88*. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов

СНиП 2.07.01-89*. Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений

СНиП 3.01.01-85*. Организация строительного производства

СНиП 3.01.04-87. Приемка в эксплуатацию законченных строительством объектов. Основные положения

СНиП 3.05.01-85*. Внутренние санитарно-технические системы

СНиП 3.05.04-85*. Наружные сети и сооружения водоснабжения и канализации

СНиП III-4-80*. Техника безопасности в строительстве

ГОСТ 2930-62. Приборы измерительные. Шрифты и знаки

ГОСТ 18599-83. Трубы напорные из полиэтилена. Технические условия

Взамен ГОСТ 18599-83 постановлением Госстандарта РФ от 23 марта 2002 г. N 112-ст c 1 января 2003 г. введен в действие ГОСТ 18599-2001

ГОСТ 29324-92. (ИСО 161/1-78) Трубы из термопластов для транспортирования жидкостей. Номинальные наружные диаметры и номинальные давления. Метрическая серия.

Приложение В

(справочное)

Номограммы для определения потерь напора в трубах

"Рис. В.1. Номограмма для определения потерь напора в трубах диаметром 6-100 мм"

"Рис. В.2. Номограмма для определения потерь напора в трубах диаметром 100-1200 мм"

"Рис. В.3. Номограмма для определения поправочного коэффициента k_t на температуру воды при расчете труб диаметром 6-10 мм"

"Рис. В.4. Номограмма для определения поправочного коэффициента k_t на температуру воды при расчете труб диаметром 100-1200 мм"

Приложение Г

(справочное)

Номограмма для определения диаметра канализационного трубопровода

"Рис. Г.1. Номограмма для определения диаметра канализационного трубопровода"

Приложение Д

Методика прочностного расчета трубопроводов из полимерных материалов
при подземной прокладке (общие принципы)

Прочностной расчет трубопроводов из полимерных материалов, уложенных в земле, рекомендуется сводить к соблюдению неравенства:

для напорных трубопроводов

эпсилон эпсилон - эпсилон

р с

────────── + ────────────────── <= 1,0; (Д.1)

эпсилон эпсилон

рр рп

для самотечных трубопроводов

эпсилон эпсилон

р с

───────── + ───────── <= 1,0; (Д.2)

эпсилон эпсилон

рр рп

для дренажных трубопроводов

эпсилон - эпсилон

р с

(───────────────────)K <= 1,0, (Д.3)

эпсилон зд

рр

где эпсилон - максимальное значение деформации растяжения материала в

р стенке трубы из-за овальности поперечного сечения трубы

под действием грунтов (q_гр, МПа) и транспортных нагрузок

(q_т, МПа);

эпсилон - степень растяжения материала стенки трубы от внутреннего

давления воды в трубопроводе;

эпсилон - степень сжатия материала стенки трубы от воздействия

с внешних нагрузок на трубопровод;

эпсилон - предельно допустимое значение деформации растяжения

рр материала в стенке трубы, происходящей в условиях

релаксации напряжений;

эпсилон - предельно допустимая деформация растяжения материала в

рп стенке трубы в условиях ползучести;

K - коэффициент запаса, учитывающий вид перфорации в стенках

зд 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

K_зд должна приводиться в нормативных документах.

Значение эпсилон_р может быть определено по формуле

s

эпсилон = 4,27K ─── Пси K , (Д.4)

р сигма D з пси

где К - коэффициент постели грунта для изгибающих напряжений,

сигма учитывающий качество уплотнения, его можно принимать: при

тщательном контроле - 0,75, при периодическом контроле -

1,0, при отсутствии контроля - 1,5;

K - коэффициент запаса на овальность поперечного сечения трубы,

з пси принимается равным: 1,0 - для напорных и самотечных

трубопроводов и 2 - для дренажных трубопроводов;

Пси - относительное укорочение вертикального диаметра трубы в

грунте, устанавливается как предельно допустимое значение

Пси = Пси + Пси + Пси , (Д.5)

гр т м

где Пси - относительное укорочение вертикального диаметра трубы под

гр действием грунтовой нагрузки;

Пси - то же, под действием транспортных нагрузок;

т

Пси - относительное укорочение вертикального диаметра трубы,

м образовавшееся в процессе складирования, транспортировки и

монтажа. Его можно приближенно принимать по таблице Д.1.

Таблица Д.1

┌─────────────────────────┬─────────────────────────────────────────────┐

│ Кольцевая жесткость G_0 │ Пси_м при степени уплотнения грунта │

│ оболочек трубы, Па ├──────────────┬──────────────┬───────────────┤

│ │ до 0,85 │ 0,85-0,95 │ более 0,95 │

├─────────────────────────┼──────────────┼──────────────┼───────────────┤

│До 276 000 │ 0,06 │ 0,04 │ 0,03 │

├─────────────────────────┼──────────────┼──────────────┼───────────────┤

│276 000-290 000 │ 0,04 │ 0,03 │ 0,02 │

├─────────────────────────┼──────────────┼──────────────┼───────────────┤

│Больше 290 000 │ 0,02 │ 0,02 │ 0,01 │

└─────────────────────────┴──────────────┴──────────────┴───────────────┘

K K q

тау w гр

Пси = K ──────────────, (Д.6)

гр ок K G + K E

ж 0 гр гр

где К - коэффициент, учитывающий запаздывание овальности поперечного

тау сечения трубы во времени и зависящий от типа грунта, степени

его уплотнения, гидрогеологических условий, геометрии траншеи,

может принимать значения от 1 до 1,5;

К - коэффициент прогиба, учитывающий качество подготовки ложа и

w уплотнения, можно принимать: при тщательном контроле - 0,09,

при периодическом - 0,11, при бесконтрольном ведении

работ - 0,13;

K - коэффициент, учитывающий влияние грунта засыпки на овальность

гр поперечного сечения трубопровода, можно принять равным 0,06;

Е - модуль деформации грунта в пазухах траншеи, МПа;

гр

K - коэффициент, учитывающий влияние кольцевой жесткости оболочки

ж трубы на овальность поперечного сечения трубопровода, можно

принимать равным 0,15;

q = гамма H , (Д.7)

гр тр

где гамма - удельный вес грунта, Н/м3;

Н - глубина засыпки трубопровода, считая от поверхности земли до

тр уровня горизонтального диаметра, м;

G - кратковременная кольцевая жесткость оболочки трубы, МПа;

0

E I

0

G = 53,7 ──────────────────, (Д.8)

0 2 3

(1 - мю ) (D - s)

где Е - кратковременный модуль упругости при растяжении материала трубы,

0 МПа;

I - момент инерции сечения трубы на единицу длины, определяемый по

формуле

3

s

I = ────; (Д.9)

12

мю - коэффициент Пуассона материала трубы, приводится в нормативной

документации;

K q

у т

Пси = K ───────────────, (Д.10)

т ок K G + K nE

ж 0 гр гр

где К - коэффициент уплотнения грунта;

у

q - транспортная нагрузка, принимаемая по справочным данным для

т гусеничного, колесного и другого транспорта, МПа;

n - коэффициент, учитывающий глубину заложения трубопровода, при Н

< 1 п = 0,5;

K - коэффициент, учитывающий процесс округления овализованной

ок трубы под действием внутреннего давления воды в водопроводе (Р,

МПа)

1

K = ────────────, (Д.11)

ок 1 + 2P/q Пси

с

где q - суммарная внешняя нагрузка на трубопровод, МПа;

с

q = q + q ; (Д.12)

с гр т

P D

эпсилон = ─── x ───; (Д.13)

2E s

0

q D

с

эпсилон = ─── x ───; (Д.14)

с 2E s

0

сигма

0

эпсилон = ───────, (Д.15)

рр E K

тау з

где сигма - кратковременная расчетная прочность при растяжении

0 материала трубы, МПа;

E , E, - кратко- и долговременное значения модуля упругости при

0 тау растяжении материала трубы на конец срока службы

эксплуатации трубопровода, МПа.

сигма

0

эпсилон = ──────, (Д.16)

рп E K

0 з

где K - коэффициент запаса, должен приводиться в нормативных документах.

з

Если в результате расчетов значение левой части выражения (Д.1) будет больше 1, то следует повторить расчеты при других характеристиках материала труб или укладки трубопровода.

Далее проверяют устойчивость оболочки трубы против действия сочетания нагрузок: для напорных сетей - грунтовые и транспортные q_c, от грунтовых вод, Q_гв, а также возможного возникновения вакуума Q_вак в трубопроводе, для самотечных сетей - q_гр + Q_гв, для дренажных сетей - с использованием выражения

K K Кв.корень (n E G )

уг ов гр тау

──────────────────────────── >= (q + Q + Q ), (Д.17)

K с тв вак

зу

где K - Коэффициент, учитывающий влияние засыпки грунта на

уг устойчивость оболочки, можно принять 0,5, а для соотношения

Q_гв:q_т = 4:1 - равным 0,07;

K - коэффициент, учитывающий овальность поперечного сечения

ов трубопровода, при 0 <= Пси <= 0,05 K_ов = 1 - 0,7Пси;

К - коэффициент запаса на устойчивость оболочки на действие

зу внешних нагрузок, можно принять равным 3;

G - длительная кольцевая жесткость оболочки трубы, МПа,

тау определяется по формуле

4,475 E

тау s 3

G = ────────── х (───────) . (Д.18)

тау 2 D - s

(1 - мю )

Пример
расчета 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 Н_тр = 5 м в сети самотечной канализации. В условиях строительства по поверхности над трубопроводом возможно перемещение тяжелого транспорта с давлением на грунт q_т = 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 гамма = 18 кН/м3. Значения кратко- и долговременного модулей упругости ПНД - E_0 = 800 МПа и Е_тау = 200 МПа.

1. Определяем грунтовую нагрузку q_гр = гамма Н_тр = 18 х 5 = 90 кН/м2 = 0,09 МПа.

2. Определяем общую нагрузку q_с = q_гр + q_т = 0,09 + 0,01 = 0,1 МПа

3. Определяем кратковременную кольцевую жесткость оболочки трубы по (Д.8, Д.9)

E

0 s 3 800 46,2 3

G = 53,7 ─── (───) = 53,7 ──── (──────) = 0,204 МПа.

0 12 D 12 1200

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

K K K q 1 х 1,25 х 0,11 х 0,09

ок тау w гр

Пси = ────────────── = ─────────────────────── = 0,037

гр K G + K E 0,15 х 0,204 + 0,06 х 5

ж 0 гр гр

или 3,7%,

принимаем К - как среднее значение, равным 1,25;

тау

К - с учетом периодического контроля равным 0,11;

w

К - равным 0,15;

ж

К - равным 0,06;

гр

E - равным 5 МПа (для средних условий).

гр

5. Определяем укорочение вертикального диаметра трубы под действием транспортной нагрузки по (Д. 10)

K K q 1 х 0,11 х 0,11

ок w т

Пси = ────────────── = ─────────────────────────── = 0,003

т K G + K nE 0,15 х 0,204 + 0,06 х 1 х 5

ж 0 гр гр

или 0,3%.

6. Определяем относительное укорочение вертикального диаметра трубы по (Д.5), приняв Пси_м = 2% (для G_0 > 0,29 МПа и степени уплотнения грунта 0,85-0,95 по таблице Д.1)

Пси = Пси + Пси + Пси = 3,7 + 0,3 + 2 = 6%.

гр т м

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

K = 1;

3Пси

s 46,2

эпсилон = 4,27K ─── Пси K = 4,27 х 1 х ──── х 0,06 х 1 = 0,01

р сигма D з Пси 1200

или 1%.

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

q

c D 0,1 1200

эпсилон = ─── x ─── = ─────── x ──── = 0,0016 или 0,16%.

с 2E s 2 x 800 46,2

0

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

сигма

0 25

эпсилон = ────── = ─────── = 0,0625 или 6,25%.

рр E K 200 х 2

тау з

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

сигма

0 25

эпсилон = ────── = ─────── = 0,016 или 1,6%.

рп E K 800 х 2

0 з

11. Проверяем прочность по (Д.2)

эпсилон эпсилон

р c

───────── + ───────── <= 1,0

эпсилон эпсилон

рр рп

0,01 0,0016

────── + ────── = 0,16 + 0,1 = 0,26, что меньше 1,

0,0625 0,016

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

Приложение Е

Акт
о проведении входного контроля партии труб из полимерных материалов
(соединительных деталей)

полученных ______________________________________________________________

наименование организации получателя

Трубы (соединительные детали) получены для систем __________________

водопровод,

_________________________________________________________________________

канализация и др.

давлением _____________МПа.

Мы, нижеподписавшиеся, комиссия в составе:

представители ______________________________________________________

организация заказчика, должность, Ф.И.О

_________________________________________________________________________

организация подрядчика, должность, Ф.И.О

_________________________________________________________________________

эксплуатирующая организация, должность, Ф.И.О

провели входной контроль партии труб (соединительных деталей) N _________

диаметром ________ мм, длиной______м (шт.), поставленных ________________

наименование

_________________________________________________________________________

фирмы, дата

из полимера типа _______________________________________________________.

Партия состоит из __________________________________________________

шт., бухт или барабанов

_________________________________________________________________________

(ящиков соединительных деталей)

и соответствует__________________________________________________________

российский или зарубежный стандарт

Количество труб Д_у _____ мм, длиной ____ м________________________.

(маркировка по стандарту)

Количество деталей Д_у ____ мм ______ шт. _________________________.

(маркировка по стандарту)

Данные о сопроводительном сертификате ______________________________

Результат: партия труб (соединительных деталей) соответствует (не

соответствует) российским стандартам и сопроводительным сертификатам и

может (не может) быть допущена к монтажу.

Дата Подписи

От заказчика ____________________

От подрядчика____________________

От эксплуатирующей

Blog