試驗機環(huán)剛度的物理定義和測定

         管材環(huán)剛度試驗機根據(jù)承受負(fù)載的管土共同作用，從以上公式中我們可以看到管材的結(jié)構(gòu)性能是決定能否承受負(fù)載的重要參數(shù)。這個管材參數(shù)（抗外壓負(fù)載）由三個由管材材料、結(jié)構(gòu)和尺寸決定的因素（Ep Ip ro）：

　　Ep---管材短期的彈性模量（kN/m）

　　Ip----管道縱截面每延米管壁的慣性矩（m4/m）

　　ro----管道計算半徑（管壁中性軸半徑）（m）

　　所以，從理論上講，每當(dāng)我們進行塑料埋地排水管設(shè)計時必須首先知道這三個數(shù)值，然后才能放在公式中去設(shè)計計算。從道理上講，如果設(shè)計時根據(jù)了這三個數(shù)值，生產(chǎn)企業(yè)提供的管材就要保證這三個數(shù)值。

　　但是，在實踐中這三個數(shù)值不容易獲得。首先，管材的彈性模量不容易測量，采用不同牌號和不同配方的原材料彈性模量都會有很大變化。此外，管道縱截面每延米管壁的慣性矩很難計算（埋地塑料排水管一般采用結(jié)構(gòu)壁管，結(jié)構(gòu)截面常常是比較復(fù)雜的幾何形狀），結(jié)構(gòu)尺寸（如壁厚）的變動會造成慣性矩明顯變化。

　　而且，在設(shè)計確定以后，如果要求制造廠保證這三個數(shù)值都不變也是很不現(xiàn)實的。

　　能不能找到一個在實際生產(chǎn)和應(yīng)用中容易獲得、容易檢查和容易保證的管材參數(shù)（抗外壓負(fù)載）的方法呢？有一個*的方法，就是引入名稱為‘環(huán)剛度’的數(shù)值指標(biāo)。

　　管材環(huán)剛度試驗機標(biāo)準(zhǔn)ISO對于環(huán)剛度S的定義是（見ISO9967 Annex A）：  

　　 E 材料的彈性模量 I慣性矩 D 管環(huán)的平均直徑單位是KN/m2

　　其中Sp 就是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的環(huán)剛度。

　　（D=2 ro， = =8Sp ）  

　　這樣，只要知道環(huán)剛度Sp 的數(shù)值，不需要知道彈性模量Ep、慣性矩Ip和管道計算半徑ro的確切數(shù)值就可以進行設(shè)計計算。而環(huán)剛度Sp 的數(shù)值可以通過對管材的實際測量來獲得。通過對管材的實際測量來獲得環(huán)剛度Sp 的方法已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，就是標(biāo)準(zhǔn)ISO 9969:1994。我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9647-2003 （不是已經(jīng)被代替的GB/T 9647-1988）‘熱塑性塑料管材環(huán)剛度的測定’等同采用了ISO 9969:1994。  

　　國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9647-2003測定環(huán)剛度的方法比較簡單：按要求的方法在兩個平行的平板間壓縮一段管材，測量在管直徑方向變形達(dá)到3%時的作用力F，就可以按照以下公式計算出管材的環(huán)剛度：

　　其中管材環(huán)剛度試驗機，F(xiàn) –相對于管材3%變形時的力值（kN）

　　L –試樣長度（m）  

　　Y –變形量（m） d—內(nèi)徑（m）  

　　為什么用此標(biāo)準(zhǔn)方法實際測量出來的環(huán)剛度可以確認(rèn)為就是我們需要的EI/D數(shù)值呢？

　　2）管材環(huán)剛度試驗機Sp 的數(shù)值可以通過對管材的實際測量來獲得；  

　　3）生產(chǎn)廠只要保證環(huán)剛度達(dá)到要求，不必保證彈性模量Ep、慣性矩Ip和管道計算半徑ro都達(dá)到要求。而且環(huán)剛度在生產(chǎn)廠可以通過經(jīng)常檢測進行控制。

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