李 煒

(太原供水設(shè)計研究院有限公司，山西 太原 030009)

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·計算機技術(shù)及應(yīng)用·

基于VB語言的鋼管及鑄鐵管壁厚的程序計算

李 煒

(太原供水設(shè)計研究院有限公司，山西 太原 030009)

對埋地給排水管道進行了受力與變形分析，結(jié)合計算機編程語言VB，得到了關(guān)于計算管道壁厚的應(yīng)用程序，并將該程序的計算結(jié)果與手冊計算結(jié)果作了對比，驗證了計算程序的適用性。

管道，VB程序語言，管壁厚度，彈性模量

0 引言

城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施中的給水、排水及中水等管道工程是城市建設(shè)必不可少的基礎(chǔ)性工程。管道在實際應(yīng)用中，往往處于復(fù)雜的受力狀態(tài)。有內(nèi)壓作用的埋地管道的管材應(yīng)為管壁材質(zhì)一致且厚度相等的內(nèi)外壁均勻平滑的平壁管管材。

埋地給水排水管道結(jié)構(gòu)上作用，有管自重、管內(nèi)水重、管道外壁上的豎向和側(cè)向土壓力和水壓力、地面車輛荷載、堆積荷載和人群荷載等。此外給水壓力管道上尚有作用在管道內(nèi)壁的運行內(nèi)水壓力，作用在管道系統(tǒng)縱向由環(huán)境溫度變化產(chǎn)生的溫度作用，管道縱向出現(xiàn)不均勻沉降時產(chǎn)生的縱向力和管道在轉(zhuǎn)彎、三通、堵頭等部位由內(nèi)水產(chǎn)生的軸向推力等。

對埋地剛性管道，管頂豎向土壓力標準值(每延米)，F(xiàn)sv,k=CcγsHsBc，其中，Cc為填埋式土壓力系數(shù)，在我國，對開槽施工管道，開槽的槽寬都比較大，都屬于填埋式埋管情況。其受力形式如圖1,圖2所示。

1 基于力學(xué)理論的管道受力分析

1.1 強度分析

1)荷載組合作用下管壁截面上最大彎矩計算：

式中：φ——彎矩折減系數(shù)，可取0.7～1.0；Ep——管材彈性模量；kgm,kvm,kwm——管道自重、豎向土壓力、管內(nèi)水重作用下管壁截面的最大彎矩系數(shù)。

2)設(shè)計內(nèi)水壓力作用下，管壁截面上的拉力設(shè)計值計算：

N=ψcγQFwd,kr0b0。

式中：ψc——可變荷載組合系數(shù)，可取0.90；γQ——設(shè)計內(nèi)水壓力及地面車輛荷載或堆積荷載的分項系數(shù)，可取1.4；

r0,b0——計算半徑、計算寬度。

3)計算鋼管管壁截面的最大環(huán)向應(yīng)力：

其中，t0為計算壁厚，當管材為鋼管時，可取t0=t-2；當管材為球墨鑄鐵管時，可取t0=0.975t-1.5。

1.2 穩(wěn)定驗算

鋼管管壁截面臨界壓力計算：

式中：vs——回填土的泊松比;n——鋼管管壁失穩(wěn)時的折縐波數(shù)，其取值應(yīng)使Fcr,k為最小值并為不小于2的正整數(shù)。

1.3 變形驗算

在準永久組合作用下管道的豎向最大變形為：

2 回填土的綜合彈性模量

在強度計算中，管側(cè)回填土的綜合彈性模量的計算，則是通過計算x=Br/D1和y=Ee/En，由x和y的值共同查表得到z=ξ。但在程序中要實現(xiàn)這個二元函數(shù)z=f(x,y)，必須將《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》中表8.4.3-3的數(shù)據(jù)進行曲線擬合，得到函數(shù)z=f(x,y)的表達式，然后便可在程序中進行代碼的編寫。

利用Excel對數(shù)據(jù)處理的功能，將表8.4.3-3的數(shù)據(jù)輸入到Excel中，形成光滑的曲線，并選擇添加趨勢線的功能，得到擬合曲線的圖形及函數(shù)表達式，如圖3,圖4所示。

從圖3，圖4中可發(fā)現(xiàn)，有下列關(guān)系表達式存在：

z=A(x)lny+B(x)。

其中，A(x)和B(x)是關(guān)于x的函數(shù)，關(guān)系如圖5所示。

根據(jù)上述分析，可以得到z=f(x,y)的函數(shù)表達式為：

z=f(x,y)=[0.545 5ln(x)-0.892 5]ln(y)+0.049 9x2-0.369 8x+1.587 2。

3 基于VB的編程實現(xiàn)

通過設(shè)計程序的界面，優(yōu)化各功能按鍵的布置及邏輯順序，采用VB程序語言編寫程序代碼。

應(yīng)用程序的Visual Basic代碼：

Private Sub Command1_Click()

If Option1.Value = True Then

t0 = Val(Text2.Text) - 2

Text8 = 0.018 * Val(Text3.Text) * Val(Text1.Text)

Text9 = 0.0002466 * D0 * Val(Text2.Text)

Text10 = 7.85 * Val(Text1.Text) * D / 1000000

x = Val(Text4.Text) * 1000 / Val(Text1.Text)

y = 0.8

z = (2.892 * Log(x) - 2.055) * Log(y) + 0.0499 * x ^ 2 - 0.3698 * x + 1.5872

Ed = 4 * z

m1 = 0.2424 * Val(Text9.Text) + 0.19939 * Val(Text8.Text) + 0.1224 * Val(Text10.Text) + 1.9782 * Val(Text1.Text) / 1000

m2 = 1 + 0.732 * Ed * (r0 / t0) ^ 3 / 206000

M = 0.75 * m1 * r0 / m2

N = 1.26 * Val(Text6.Text) * r0

Text11 = N / t0 + 6 * M / t0 ^ 2

……

借助VB的強大的程序開發(fā)功能，結(jié)合上述關(guān)于計算管道管壁厚度的力學(xué)理論，基于Visual Basic 6.0編碼平臺，開發(fā)出了適用于計算管道管壁的.exe文件。

4 計算結(jié)果的比較

結(jié)合《給水排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》中給出的計算實例，將手冊中相關(guān)參數(shù)輸入到應(yīng)用程序中，得到軟件的計算結(jié)果。

4.1 軟件計算結(jié)果

通過應(yīng)用程序的分析計算，得計算結(jié)果如下所示：

管壁截面最大環(huán)向應(yīng)力：σθ=231.327 MPa。

降溫時截面最大組合應(yīng)力為182.531 MPa。

升溫時截面最大組合應(yīng)力為212.109 MPa。

4.2 手冊計算結(jié)果

算例中，計算得到的結(jié)果如下：

管壁截面最大環(huán)向應(yīng)力：σθ=233.23 MPa。

降溫時截面最大組合應(yīng)力為183.96 MPa。

升溫時截面最大組合應(yīng)力為213.57 MPa。

4.3 計算結(jié)果對比

截面的最大環(huán)向應(yīng)力：

降溫時截面最大組合應(yīng)力：

升溫時截面最大組合應(yīng)力：

結(jié)合上述分析得出，兩組計算結(jié)果非常接近，最大誤差僅為0.8%。同時，應(yīng)用程序在編寫設(shè)計時，各參數(shù)的選取均以考慮最不利情況為前提，因而其計算結(jié)果是偏于安全的。

5 結(jié)語

綜合上述各節(jié)分析，對埋地管道進行了受力與變形的分析研究，結(jié)合計算機編程語言VB，得到的關(guān)于計算管道壁厚的應(yīng)用程序，能夠適應(yīng)實際工程在不同條件下的管道壁厚的計算，考慮的影響因素比較全面，具有實際的應(yīng)用意義。

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On steel pipes based on VB language and program calculation of cast iron pipe’s wall thickness

Li Wei

(TaiyuanWater-SupplyDesignResearchInstitute,Taiyuan030009,China)

The paper undertakes the stress and deformation analysis of the buried water-supply and drainage pipelines, achieves the application program in calculating the pipeline’s wall thickness by combining with the computer program language VB, has the comparison between the calculation result and booklet calculation result of the program, and proves the adaptability of the calculation program.

pipeline, VB program language, pipe’s wall thickness, elastic modulus

1009-6825(2017)09-0255-03

2017-01-16

李 煒(1985- )，男，助理工程師

TP319

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