玻璃钢管道环(管)刚度浅析

【摘 要】 通过对比几种玻璃钢管道产品引用标准、环（管）刚度的定义、试验条件和计算公式，分析玻璃钢管道环（管）刚度的异同点，指出试验时的注意事项。

【关键词】 玻璃钢 环（管）刚度 分析 比较

1 引言

随着社会对产品质量的关注和质量意识的提高，各种工程建设、招标、采购等环节经常要求对产品质量进行检验。环（管）刚度是玻璃钢管道最重要的性能指标之一，是工程应用首要的检测项目。但是玻璃钢管道产品种类较多，管道环（管）刚度的检测也有很大区别。

2 玻璃钢管道环（管）刚度异同点分析

有必要依据7种产品的标准，将管道环（管）刚度进行详细的分析和对比。

2.1 GB/T5352-2005《纤维增强热固性塑料管平行板外载性能试验方法》

（1）采标情况：本标准对应于ASTM D2412-96a《平行板加载测试塑料管外载特性标准方法》，与ASTM D2412-96a的一致程度为非等效。

（2）定义或相关描述：该标准中称为管刚度：线载荷除以相应的管径变化量所的值。

（3）试验要求：环境温度：（23±2）℃；相对湿度：（50±10）%；加载速度：（10～12）mm/min；变形量为平均内径的5%；试样的最小长度应是管的公称直径的3倍或300mm，取其中较小值，对于公称直径大于1500mm的试样，其最小长度为公称直径的20%，应修约为整数；每组试样数量：3根。

管刚度计算公式： PS=F/Y

式中：PS为与管径变化量Y相对应的管刚度，MPa；F为与管径变化量Y相对应的线载荷，N/mm；Y为管径变化量，mm。

2.2 玻璃纤维增强塑料夹砂管（GB/T21238-2007）

（1）采标情况：本标准对应于ISO10639：2004《压力和非压力给水塑料管系统――玻璃纤维增强热固塑料（不饱和聚酯树脂）管》（英文版），与ISO10639的一致性程度为非等效。

（2）定义或相关描述：该标准中称为环刚度：指单位长度的管环在外压作用下，在一定径向变形下所承受的载荷大小，它表征管环抵抗外荷载能力。

（3）试验要求：试验中，测试设备、测试环境及试样按照GB/T5352的规定，变形量为计算直径乘3%，加载速度和环刚度的测试结果均有单独的计算公式。

环刚度计算公式：S0=0.01935F/Y

式中，S0为初始环刚度，单位为N/m2；Y为管直径变化量，单位为m；F为与Y相对应的线载荷，单位为N/m。

2.3 玻璃纤维增强塑料顶管（GB/T21492-2008）

（1）采标情况：本标准参考美国ANSI/AWWA C950：2001《玻璃纤维压力管》，与ANSI/AWWA C950的一致性程度为非等效。

（2）定义或相关描述：与GB/T21238相同。

（3）试验要求：试验中，测试设备、测试环境及试样按照GB/T5352的规定，但测试过程中变形量根据管道的刚度等级而选择不同的值，刚度等级不大于20000N/m2时，变形率取3%，刚度等级大于20000N/m2但不大于50000N/m2时，变形率取2.5%，刚度等级大于50000N/m2但不大于100000N/m2时，变形率取2%，刚度等级大于100000N/m2时，变形率按公式（65/+0.5）% 计算确定。另外环刚度的测试结果的计算公式是玻璃纤维增强塑料顶管标准独立规定的，公式为：S=18625×F/L/y

式中，S为环刚度，单位为N/m2；F为载荷，单位为N；L为试样长度，单位为mm；y为GRP顶管垂直方向挠曲值，单位为mm。

2.4 纤维缠绕增强热固性树脂压力管（JC/T522-2011）

（1）采标情况：无。

（2） 定义或相关描述：在该标准中称为平行板外载刚度，未给出相关的定义。

（3）试验要求：与GB/T5352相同。

2.5 玻璃纤维增强塑料电缆导管（DL/T802.2-2007）

（1）采标情况：无。

（2）定义或相关描述：在该标准中称为环刚度，等级分为SN25、SN50、SN100三种。在DL/T802.1《电力电缆用导管技术条件 第一部分：总则》定义为：线载荷除以相应的管径向变形量再乘以相应系数后所得出的值，单位kPa。

（3）试验要求：试验按GB/T5352规定，变形量为试样内径的5%，结果计算公式为：SN=（0.0186+0.025×Y/d）×F/Y

式中，SN为试样的环刚度，单位为kPa；Y为试样垂直方向内径的5%变形量，单位m；F为试样垂直方向内径的5%变形量时的线载荷，单位kN/m，d为试样内径，单位m。

2.6 电缆用玻璃钢保护管（JC/T988-2006）

（1）采标情况：无。

（2）定义或相关描述：在该标准中称为管子环向刚度，定义为：Sn=EJ/D3，通常以kN/m为单位，其中EJ为管轴向方向单位长度内管壁环向弯曲刚度，D为管子平均直径。

（3）试验要求：试验按GB/T5352规定，变形量为试样内径的5%，结果计算公式为：Sn=（0.0186+0.025×y/d）×P/y/L

式中，Sn为管子环向刚度，单位为kPa；y为管子径向的5%直径变形量，单位为m；P为对应y变形时的载荷，单位为kN；d为管子内径，单位为m；L为管子长度，单位为m。

2.7 煤矿井下用玻璃钢管材（MT 558.3-2005）

（1）采标情况：无。

（2）定义或相关描述：在该标准中称为平行板外载刚度，未给出相关的定义。

（3）试验要求与GB/T5352相同。

2.8 公路用玻璃纤维增强塑料管道（GB/T24721.3-2009）

（1）采标情况：无。

（2） 定义或相关描述：在该标准中，称为管刚度，未给出相关的定义。

（3）试验要求：变形量为试样内径乘10%，其它实验要求均按GB/T5352规定进行。

3 玻璃钢管道环（管）刚度值的比较

通过对比分析，不难看出，玻璃钢管道环（管）刚度的定义、试验原理以及试验环境基本相同，但是试验过程中，试样的变形速度、变形量（率）以及计算公式却有比较大的区别，从而导致相同条件下，环（管）刚度值相差很大。

现在，假定试验环境、变形速度相同，试样长度L均为300mm，衡量变形率的直径均为1000mm，3%或5%变形率时的线载荷均为1000N/m，7种玻璃钢管道的环（管）刚度值见表1。

由表1可见，在假定的相同条件下，玻璃纤维增强塑料夹砂管、玻璃纤维增强塑料电缆导管和电缆用玻璃钢保护管的环（管）刚度数值相同，与玻璃纤维增强塑料顶管的环（管）刚度值相近；纤维缠绕增强热固性树脂压力管、煤矿井下用玻璃钢管材、公路用玻璃纤维增强塑料管道的环（管）刚度数值相同；但前后两者却相差50多倍。

4 试验中的注意事项

笔者工作于省级玻璃钢产品质量检验机构，经常进行玻璃钢管道环（管）刚度的检测，认为在检测过程中应注意以下三个方面。

4.1 样品接收

在接收检测业务委托时，委托方大多是用货方或监理方，对样品的生产工艺、检测所依据的标准、方法了解不很全面。因此，在接收样品时，需要和委托方耐心的沟通，了解样品的用途、生产工艺等，确保使用的标准及检测方法和实际样品相对应。

4.2 试验前准备

在前文中论述管道环（管）刚度的异同点时，可以看出各种玻璃钢管道计算变形量时所用的直径不同，有的用内径，有的用计算直径（内径加壁厚），变形率也不同，有的取3%，有的取5%，有的取10%，有的则根据设计刚度进行选择，试验的加载速度有的用10-12mm/min， 有的则是通过计算得出。这些在试验前就应该区分并测算完毕。

4.3 试验及结果处理

有了前面的准备工作，试验就相对轻松了，目前大部分管道环（管）刚度的试验设备是自动的，输入相应的试验条件和参数后，可以自动检测，并有软件计算出结果。如果是手动和人工计算的设备，还需要读取变形仪及相应载荷的读数，并应注意计算公式的不同。

5 结语

本文通过对7种玻璃钢管道环（管）刚度的对比分析，找出了它们的异同点，提醒相关技术人员在进行玻璃钢管道的设计、生产、施工和检验时，要根据管道的使用要求确定所采用的标准，才能进一步明确环（管）刚度这一衡量玻璃钢管道质量的重要参数，以免造成不必要的损失。