HDPE双壁波纹管的环刚度是是什么意思？

    HDPE双壁波纹管的环刚度是什么意思呢？

    可能您购买双壁波纹管的时候，厂家常常会问您，需要什么标准的双壁波纹管，这个标准就是环刚度的意思。

    那什么是环刚度呢?

    环刚度就是承受的负载有内部压力和外部压力或无压管道承受外压负载，而HDPE双壁波纹管就是无压管道。

    埋地铺设塑料管有两种，一种是内部有压力的管道，

    比如PE给水管、PE钢丝网骨架复合管、PVC给水管；

    一种是内部没有压力或压力很低的管道，比如污水管和以雨水管。

    压力管道的承受的负载有内部压力和外部压力。通常内部压力产生的压力是造成管材损坏的主要因素，损坏的形式是管道壁内的压力过大造成管道的破裂。

    无压管道承受外部压力负载，损坏的形式是外部压力负载造成管道管材变形过大或管道破损。

    外部压力的因素有很多，主要为土壤和地面的压力，以及运输车经过的压力，数量排水管承受压力的机制比较复杂，因为塑料管属于柔性管，在外部压力和周围回填土产生的压力共同来给管道施加压力。

    所以，决定塑料埋地排水管铺设后是否能够正常工作，取决于压力、管材和周围回填土的影响。

根据承受负载的管材共同作用，从以上公式中我们可以看到管材的结构性能是决定能否承受负载的重要参数。这个管材参数（抗外压负载）由三个由管材材料、结构和尺寸决定的因素（Ep Ip ro）：

Ep---管材短期的弹性模量（kN/m）

Ip----管道纵截面每延米管壁的惯性矩（m4/m）

ro----管道计算半径（管壁中性轴半径）（m）

所以，从理论上讲，每当我们进行塑料埋地排水管设计时必须首先知道这三个数值，然后才能放在公式中去设计计算。从道理上讲，如果设计时根据了这三个数值，生产企业提供的管材就要保证这三个数值。

但是，在实践中这三个数值不容易获得。首先，管材的弹性模量不容易测量，采用不同牌号和不同配方的原材料弹性模量都会有很大变化。此外，管道纵截面每延米管壁的惯性矩很难计算（埋地塑料排水管一般采用结构壁管，结构截面常常是比较复杂的几何形状），结构尺寸（如壁厚）的变动会造成惯性矩明显变化。

而且，在设计确定以后，如果要求制造厂保证这三个数值都不变也是很不现实的。

能不能找到一个在实际生产和应用中容易获得、容易检查和容易保证的管材参数（抗外压负载）的方法呢？有一个国际公认的方法，就是引入名称为‘环刚度’的数值指标。

国际标准ISO对于环刚度S的定义是（见ISO9967 Annex A）：

E材料的弹性模量I惯性矩D管环的平均直径单位是KN/m2

所以，计算竖向管道变形量的公式可以直接用环刚度数值表示为

其中Sp就是国际标准规定的环刚度。

（D=2 ro， = =8Sp）

这样，只要知道环刚度Sp的数值，不需要知道弹性模量Ep、惯性矩Ip和管道计算半径ro的确切数值就可以进行设计计算。而环刚度Sp的数值可以通过对管材的实际测量来获得。通过对管材的实际测量来获得环刚度Sp的方法已经标准化，就是国际标准ISO 9969:1994。我国国家标准GB/T 9647-2003 （不是已经被代替的GB/T 9647-1988）‘热塑性塑料管材环刚度的测定’等同采用了ISO 9969:1994。

国家标准GB/T 9647-2003测定环刚度的方法比较简单：按要求的方法在两个平行的平板间压缩一段管材，测量在管直径方向变形达到3%时的作用力F，就可以按照以下公式计算出管材的环刚度：

其中，F –相对于管材3%变形时的力值（kN）

L –试样长度（m）

Y –变形量（m） d—内径（m）

为什么用此标准方法实际测量出来的环刚度可以确认为就是我们需要的EI/D数值呢？

因为在两个平行平板间压缩管段产生变形是一个典型的材料力学问题。利用材料力学的分析方法可以证明变形量，作用力和管材的参数EI/D—环刚度有以上公式所表示的明确关系。

国际上都广泛应用环刚度这个数值指标来表示塑料埋地排水管的抗外压负载能力。因为：1）不需要知道弹性模量Ep、惯性矩Ip和管道计算半径ro的确切数值，只要知道环刚度Sp的数值就可以进行设计计算；

2）环刚度Sp的数值可以通过对管材的实际测量来获得；

3）生产厂只要保证环刚度达到要求，不必保证弹性模量Ep、惯性矩Ip和管道计算半径ro都达到要求。而且环刚度在生产厂可以通过经常检测进行控制。

    常常有用户询问能不能根据埋深等外压负载情况用一个简单方法选择环刚度，回答是不能。原因就是因为塑料埋地排水管承受外压负载的机理是‘管土共同作用’，是管材承受负载的能力（环刚度）和管道周围土壤（回填材料）承受负载的能力两方面结合决定工程的成败。所以环刚度的选择不仅取决于外压负载的情况还取决于铺设后管道周围土壤（回填材料）的情况（变形量公式中的数值Ed—管侧土综合弹性模量（kN/m），Ed又取决于回填材料的种类、压实程度、槽侧原状土情况等）。