玻璃钢管道设计说明

玻璃钢管道设计说明

玻璃钢管道因为其构成材料的特性具有一定的特殊性，因而在结构设计方面一般和其他各向异性材料有较大的差异。针对使用场合一般设计分为地上管和地下管两种。另外由于玻璃钢管道结构的设计不仅仅是力学上强度、刚度方面的计算更重要的是工艺设计的合理和完善，才能满足力学设计的要求。因此，整个玻璃钢管道的设计程序是比较复杂的，它的设计过程有三大方面：

1.性能（功能）设计

2.结构（强度、刚度）设计

3.工艺设计

上述三个方面是不能截然分开的相互有关的几个部分，性能设计是要充分考虑最终产品的使用条件，设计出具有与几个有要求性能相符合的特性的纤维增强塑料（比如管道的耐磨蚀性能）结构设计是根据几个承受的载荷，使用环境，设计出不使材料产生破坏既有害的变形的结构尺寸，确保安全可靠，工艺设计则是要在保证上述两点要素的过程中尽可能使成型方便，成本低廉。

确定要求的性能（数据）

当一确定几个要求的特性、规格和大致形状后（这方面的数据一般由用户提出）就必须确定实际使用中的载荷条件，然后再考虑纤维增强塑料的原材料、成型材料及由规定的试验方法测得的材料性能造出认为大致合适的材料，在规定的外力情况下，根据材料特性用结构计算方法求出几个产生的的应力、应变等。在考虑了设计准则中几个规定的安全系数、许用应力等之后确定出结构尺寸，然后根据缠绕机的控制参数要求，设计出缠绕程序进行生产。下面我们简要介绍纤维增强地上管道的结构和工艺设计过程。主要公式和工艺按照意大利威德罗乐丙娜公司的工程设计手册：

一、工艺设计

对于一般的工业用耐腐蚀玻璃钢管的生产工艺，不论是地上管还是地下管基本的组成由几个部分组成：

1.1内衬内一层“c”玻璃表面毡一层纤维含量为100g/m2的喷射纱和一层人造纤维网构成，整个内衬的树脂含量为2700g/m2,内衬的厚度为1-2.5mm，内衬的强度在计算管结构时不予考虑。

1.2

大口径玻璃钢管道和储罐试生产工作总结：

试生产的目的：

大口径玻璃钢管道和储罐的生产和制造在我国是刚刚起步，在我们省内尚是首家，不论是在制造经验还是在使用效果上都缺乏数据，我们引进意大利威德罗乐丙娜公司的生产设备和工艺的技术上的先进性和合理性，必须等到考证才能进一步发挥其作用，同时对工厂的正式投产提供可靠的依据，全于此目的，我们厂于89年三月底即对意大利提供的设备和工艺在意方专家的指导下进行投料试生产。

F.R.P管道和储罐的工艺成型的特点和优点：

玻璃纤维缠绕玻璃钢管道和储罐的工艺成型方法是目前国际上比较先进的，也是成熟的一种方法，80年代中期以前我国缺少大型工业化生产的纤维缠绕的工艺设备。因而供给我国民用市场缠绕F.R.P管道和储罐很少，最近几年随着我国市场缠绕的发展和防腐领域需求，引进了几套工业化生产所需要纤维缠绕设备，使我国的F.W以PAN、TAK的生产量渐步提高：

纤维缠绕成型工艺是在手糊法、布带缠绕法的基础上为了改善上述两法的成在的薄弱点而发展起来的，由于手工制作时采用的材料基本是纤维布为主，加工与人的熟练程度和责任心有很大影响。因而制品的内在缺陷比较多材料本身的分层现象比较严重，抗渗防漏能力薄弱。另外由于手工操作纤维的方面性难以准确控制致使材料的力学性能难以按照工况的要求均衡承受。因而使设计的材料用量增大曾加了成本。而纤维缠绕工艺由于直接应用对树脂有良好浸透性的纤维，在树脂中均匀浸透后按照设定的轨迹以一定的章力绕到经过精加工的模具上形成几个高如制品这样就消除了按章成型时一些质量不匀气密性差的缺点，通过结构设计和工艺设计可以使同一材料满足不同的使用条件和工况；即玻璃钢性能的可设计性，这是玻璃钢及复合材料的一个特出优点：轻质、高强、耐腐蚀防水绝缘等一系列优异性能，也是要通过不同的结构设计和工艺设计才能充分体现出来。从这方面来讲玻璃钢如其就是一种材料倒不就是一种结构。对于F.R.P的一些物理参数哈玻所都详细介绍了。

二、国产原材料的品质因素情况：

我国用于增强塑料方面的基体材料和增强材料的品种和质量，总的来就目前尚赶不上国外，先进水平。

最近十年来全国有十几家企业引进了不饱和聚酯树脂生产线，配方及生产技术也有近十家企业引进了国外设备和技术生产玻璃纤维。从现有的产品来看用于纤维缠绕工艺的绝大部分是聚酯树脂和环氧树脂，也有少量的乙烯基脂除了树脂本身的质量稳定性因受单体质量影响外，其他物理、化学的性能都基本能满足国内防腐工程中的工况要求。乙烯基脂和环氧树脂的耐腐性能和耐热性能比较优异。经过高温后固化可在100度以上长期工作，但成本比较高，聚酯树脂中的双酚A和向笔型树脂的耐酸、耐盐性能也比较好，其中双酚A树脂有几品种缠后固化处理可在接近100度的工况下工作。

纤维目前我国最好的应当首推重庆玻纤公司的E玻璃纤维和毡其浸间性能力均匀性和强度都能满足目前缠绕制品的工艺要求。

原材料的质量好处直接影响管道和储罐的成型的质量，因此在为用户提供产品应根据用工况条件选择最佳的原材料。我们联合体在89年5月就对国内目前的主要原材料及其基本结构性能进行了试验研究结果证明，国内厂家生产的原材料性能基本上可以满足用户的使用要求和生产工艺要求。

管道和储罐的结构设计的合理性和可靠性：

F.W,F.R.P管道和储罐的结构设计，我们联合体中哈玻所有30多年的经验，我们在引进意大利威德罗乐丙娜公司的生产设备和工艺技术时就很重视结构设计准则和标准的引进，总的来就结构设计应包括：

1.功能设计（性能设计）

2.强度设计

3.工艺设计

F.W,F.R.P,TAN,PPE的质量控制：

不同原材料不同工艺的有很大差别，但是在同种原材料，同种工艺路线下，影响其性能的因素也很多，例如树脂混合不均匀。纤维浸润不好，气泡未排除，纤维搭接部位及环境温度变化等，都能影响产品质量，因此要生产质量稳定的产品必须要严格控制生产过程中的每一环节。

首先从原材料的选择方向应根据用户的工况介质和环境条件，正确选择有成熟经验和实验数据的具体原材料体系，以保证其使用寿命和耐腐蚀条件。

其次要根据用户的使用场合、工况条件、安装方式进行合理的结构设计，对特别的要求必须进行试制和检验，以保证结构设计的完善。

第三，控制生产过程中工艺执行质量，尽可能排人为因素对质量的影响，并将生产过程中的质量情况，反馈给工艺技术人员。

第四，做好本成品和产成品的质量验定和检查工作消除不合格品出厂的现象。

F.R.P,P.PE,AND,TANK的安装使用要求：

目前在国内已发行的图书和资料都笼统地宣传F.R.P的优点，好像它是一种万能的材料。这是不够全面的，以致在产品实际使用过程中出现了 技术事故，又怪罪于玻璃钢。

第一，要重视玻璃钢/复合材料的各向异性性能：F.W问题的强度和刚度随受力方向不同有很大差别，就其刚度指标来说较传统的钢材有较大差距，比如金属的剪切强度仍为抗伸强度的50%，而玻璃钢层间型剪切强度只有沿纤维方向的拉伸强度的5~10%，因此在产品设计时就要充分考虑产品的使用场合和安装条件。在安装使用时也要考虑产品设计时的要求，特别是一般管道和储罐设计时都是承受内压则该产品在承受外压的能力就很弱，另外，由于我国目前树脂的断裂延伸率比较少，因而管道及储罐就不能承受大的变形，不然其内衬防腐抗渗的富树脂层就会开裂。产品使用时就会渗漏，因而要保证产品能长期使用对安装就提出了很高的要求，如：管道的装卸、运输、 存、连接，支撑、固定及埋设等都必须按照规范要求进行操作，特别是在地下管网和地下储罐的安装过程中要求将产品和土壤之间形成一个相互依赖的结构体系详细的可以看我们的安装、验收规范。

降低F.R.P成本的途径：

目前由于国内原材料的价格比较高，设备外进的一次性费用比较高，因而，F.R.P制品的价格也比较令人头疼，但是由于F.R.P材料结构的可设计性，对于比较大的管网系统通过供需方面对使用条件，使用要求和使用寿命和安装维护的条件在满足使用工艺要求和制造方工艺可行的情况下，F.R.P产品的成本是可以有几个下降的：

1.压力等级上可以不按传统材料的压力等级而完全由用户设计的工作压力和要求的检验来进行管道和储罐的结构设计和生产。按用户的技术要求进行检验这样就可以大大节约材料的耗用量，降低成本。

2.由于F.R.P管件的制作工艺复杂，生产效率和原材料的消耗量大及本身含高价值材料的比率高，因而管件的价格一般都在管体价格的1.5倍左右，因此如在满足工艺过程的前提下，用户能尽可能减少管件的使用量和连接点，则整个管网的成本是可以降低的，我们曾经在一个污水处理系统中测算过。 F.R.P管道和储罐的应用技术特性及开发应用的领域运行经济效果：

一、F.W

1.F.R.P管道和储罐的工艺成型的特点和优点：①F.R.P管道和储罐的耐腐蚀性能及使用寿命。②F.R.P管道和储罐的抗渗防漏的性能。

2.国产原材料的品质情况。

3.管道和储罐的结构设计的合理性和可靠性。

4.F.W,F.R.P,PIPT,AND,TAKK的安装使用要求。

5.降低F.R.P成本的途径。

6.如何搞好销后技术保障工作。

7.目前民用市场的开发领域

8.F.W,F.R.P,AND生产的质量控制过程

二、仅管件就有管网的费用的47%，经调整工艺流程后整个管网下降15%

三、在满足使用工况的条件下，适当降低对F.R.P制品的性能要求和寿命要求就可以使生产厂在选择原材料时，尽可能降低造价。

四、加强工厂的质量管理提高，结构设计的合理性和准确性，降低材料和能源消耗也是降低F.R.P成本的一个重要方面。

五、对管件采用经过防腐处理的代用件也是降低造价的一个方法。

管道物理性能参数：

内衬厚度:2mm 轴的的弯曲模1.1×105kg/cm2

轴向弯曲1000~2000

环向拉伸强度：≥3200kg/cm2 1700kg/cm2

轴向抗拉强度：≥1600 kg/cm2

环向强性模量：≥252000kg/cm2（25200mpa）

轴向强性模量：≥126000kg/cm2（12600mpa）

热膨胀13—18x10-6mm/mm0c

内表面绝对粗糙度0.008 0.0053

比重 1.9

轴向压缩强度：kg/cm2 1000~2500 吸水率 0.2%

模量：210×103kg/cm2

Ф800管，短时水压平均强度216.3Mpa

刚度系数:5%变形 2.44KN.m

冲击强度：150kg—cm/ cm2

结构设计概述：

复合材料结构是材料与结构一次成形的，且材料也具有可设计性。因此，复合材料结构设计不同于常规金属结构设计而是复合材料设计和结构设计，在内的一种新的结构设计方法。它比常规的金属结构设计方法要复杂很多，但是，复合材料结构设时，可以从材料与结构两方面进行考虑的满足条件设计要求，尤其是复合材料的可设计性，更可能复合材料结构达到优化设计得目的：