4,3,单层板和层合板性能4.3、1 由于增强材料的类型,品种比较多.除了常规的玻璃纤维之外、还有高强玻璃纤维.碳纤维等 本规范无法全部给出相应单层板的力学性能值 同时影响纤维增强材料性能的因素也非常多 如温度。湿度,铺层工艺.操作方法等 因此本规范给出了采用铺层实测法来确定单层板的性能。这样才能真实反映当时设计 制造等条件下的材料性能,采用铺层计算法 同时又选用玻璃纤维增强材料时,根据国外经验则可引用本规范表4，3 1、1，表4.3,1、3中的数据进行设计、为了验证本规范表4,3、1,1数据,上海富晨化工有限公司委托有关单位进行了试验。结果表明.本规范表4。3，1，1中的数据较保守,只要采用合格的铺层材料和按照通用要求的工艺进行制造是可以满足该最低性能要求的.同时在本规范第8章中对上述数据的测试方法作了规定，玻璃纤维增强塑料单层板给定性能值是在其纤维、或树脂，含量较为固定时的值,4。3、2 设计人员获得层合板的力学性能有两个方法、第一个方法是在缺少实测参数或历史数据时 可根据层合板理论采用铺层计算法，即采用表4、3。1.1单层板数据进行铺层计算获取层合板的计算参数 但该方法的设计数据偏保守，特别是对于交叉缠绕制品.第二个方法是采用铺层实测法获得,即进行相应的实验验证、并保证每个检测项目的试样在15件以上，同时试验数据应采用置信度处理，表4 3 2 1中的检测项目是采用本规范进行设计所需要的基本参数.其测试方法在本规范第8章中均有规定,通常理论计算法的设计数据接近于实际铺层的力学性能、当采用铺层实测法进行单层板和层合板性能的检测取值或验证时 本规范按照通用试验数据处理方法,采用t分布单侧97，5。置信度临界值，这比EN、13121 3，2008，A1。2010标准第7,8 3条中系数k的取值.数据相对保守和安全、表2是t分布临界值与k值的比较.表2。t分布临界值与k值、设备设计安全系数与许用应变4，3，3，设备力学性能的设计安全系数是依据目前国内实际设计和工程应用情况，同时参考了国外相关标准而确定的,公式中略去了与运行周期内压力、温度波动相关的分项设计系数,因为在允许的许用应变水平内,该值取1.0,同时对层合板长期性能的分项设计系数K4的取值、在本规范表4、3，7中进行了简化 4 3 4.本条详细罗列了当采用铺层计算法和铺层实测法确定材料性能的试验和验证分项设计系数K1取值时 对于层合板、单层板的试样条件。数据处理方法等要求.在分项设计系数K1的取值中 尚需注意,1，本条第1款的第1,2项中产品性能的历史数据主要指认可的产品检验报告.产品性能测试报告等。2，本条第1款的第3。4项和第2款规定了在满足相应条件下。可以采用5个试样数据为一组的简单试验来检测验证层合板或单层板的相关性能和取值方法.3、验证数据所用的单层板为试验室模拟制样.而层合板则分为试验室模拟制样和制造厂按实际设计铺层加工成设备,再从设备上取样的两种方法，4。3、8。本条第6款列出了设备层合板的许用剪切应力计算公式、而设备层合板剪切强度表征属面内剪切形式。即检测垂直于层合板，沿厚度方向的剪切强度,其检测方法在现行国家标准 纤维增强塑料冲压式剪切强度试验方法.GB,T、1450 2中已有规定，当无检测值时。根据国内外使用经验,设备层合板的剪切强度取50 管道的许用应力与许用应变4 3、9,本条第1款。管道设计指定值法要求所有载荷组合的最大应力要小于许用应力.其载荷组合中包括内压。外压 自重，支架位移等持续载荷.热膨胀载荷，风.地震 临时检修等偶然短时载荷。但不包括水压试验载荷.水压试验的压力为设计压力的1,3倍,且不进行应力校核，本条第2款，第4款、管道设计长期性能测试法的安全系数选取与其他一些国际标准相比较,取值较为保守。且考虑了失效包络线等问题,按照本条采用的指定值法和长期性能测试法在应用国际通用的管道应力分析软件.如CAESAR BENTLY，AUTOPIPE等,时.可以进行如下处理。即若采用指定值法，则在管道应力分析软件中可选择BS.7159、1989标准。若采用长期性能测试法,则在管道应力分析软件中可选择ISO。14692、2002标准 4.3 10、本条的指定值法规定与BS 7159、1989的方法A相当 在国际上其他标准中如ISO。14692、2002和ASME B31。3.2010 对于缠绕结构均只规定了长期性能测试法,后者对在本规范第6.1.11条中管道层合板的 型和.型铺层结构分类,规定了10倍安全系数办法的要求、大致相当于本规范管道许用应变的指定值法 按照ASME。B31。3、2010规定的相关强度和模量参数计算.其许用应变约为0、00106、0,00133的水平 而且与应用环境无关、BS。7159 1989中的指定值法由于综合考虑了温度和化学腐蚀环境的影响,而且应变值在0、0009,0.0018之间，比ASME的办法科学.而且两个规范数据相比、BS，7159。1989的数据并不很高、同时该标准从1989年版以来一直确认有效、在国际上的纤维增强塑料管道工程中广泛应用 说明该取值法是可靠的。本条第5款的规定是对于多层缠绕结构的应变限制.主要是因为该结构具有各向异性和拉剪耦合效应等特点.如果设计者能对该缠绕结构进行详细的各向异性弹性分析。证明在载荷的联合作用下、该层合板结构的主应变和剪切应变均小于许用应变,可以采用指定值法确定的许用应变 否则应采用保守的0、0009许用应变数据,各向异性弹性分析可以参考复合材料力学相关章节.通常采取的流程为 1.计算单层板正轴刚度矩阵，Q。如无实测数据可查本规范表4。3,1,2 获取主向弹性模量E1。28000N,mm.kg。m2，查本规范表4。3 1,3得v12,0。27、v21.0，075,反推计算横向弹性模量.2。计算对于缠绕角的单层板偏轴刚度矩阵，Q 3。计算层合板的刚度矩阵，A。和柔度矩阵 a、4.代入载荷 计算出偏轴应变，并转换为主轴应变并做计算判定 通常管道缠绕为.θ角的交叉缠绕结构。属于反对称角铺设层合板。将会产生剪切弯曲耦合及拉压扭曲耦合，但这些耦合的程度随层数的增加按1.N的比例减小，当，θ角的交叉缠绕结构的层数，4时.可以近似认为这些耦合效应消失，可以简化 将耦合矩阵,B。设为0。4.3 11.本条对于确定管道许用应变的长期性能测试法作了规定 其试验方法在现行国家标准，玻璃纤维增强塑料夹砂管,GB、T 21238,2007附录B中有规定、本条将持续和偶然作用载荷以及热膨胀载荷分别作了对应许用值的处理。符合地上管线受力分析的特点 在长期性能测试法中对于式.4.3，11，中设计安全系数的规定 在国外标准BS，7159,1989中为1。3，ISO 14692 2002中为1 5,ASME。B31,3.2010中为2,0 该系数的不同取值与各标准的应力计算和安全判定有关，1 BS 7159。1989中的应力计算均为持续载荷、未考虑短时作用载荷,对应设计压力载荷下的系数为1。3、2，ISO，14692,2002中要考虑偶然短时作用载荷.其中包括水压试验载荷1,5倍设计压力，若按此载荷计算,反推对应设计压力载荷下的系数应为1、5、1、5,1。33，1.69,3,ASME B31.3 2010规定了考虑偶然短时作用载荷.在计算中予以计及、但1。5倍设计压力的水压试验载荷不需要再进行应力计算校核 如果将1,5倍的水压试验载荷做应力计算 相当于设计压力载荷下的系数为2。0，1，5 1。33 因此本规范确定采用的长期性能测试法和设计安全系数与ISO。14692,2002相当。不仅相对安全 而且概念清晰、同时该标准也在国际纤维增强塑料管道的设计计算中大量采用。利于国际交流、在式 4.3 11。式，4，3.12、和式.4 3 14 2，中均涉及,设计寿命,概念.设计寿命与许用应变 设计安全系数。选用材料，成型工艺 使用工况.维护保养等很多因素相关、依据目前的综合技术水平 很难给出一个统一的设计使用年限、当有成熟使用业绩及案例、采用相同材料和制作工艺，制造相同产品时、其设计使用寿命可参考原有业绩或案例的寿命、在设计工况,材料和制作工艺相同的情况下,通过加大设计安全系数、降低许用应变。可一定程度上延长设备或管道的使用寿命、通过长期性能试验,模拟使用工况进行加速老化试验、根据试验结果采用长期性能测试法来推导设备或管道的预期使用寿命，本规范采用设计安全系数法设计的设备和采用指定值法设计的管道、与相关国外先进标准一样，均无法给出有依据的设计寿命、只是当采用该方法进行设计和选材时.可得到一个虽不明确但相关方均可接受的潜在预期使用周期.4。3、14.本条描述了确定简化失效包络线的过程，管道的轴向和环向应力计算值应落在简化失效包络线内,表明设计是安全的