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荷載與受力分析埋入地下的電纜套管主要是承受外部荷載的壓力,沒有內壓。通常外部荷載是由電力排管上部土壤,堆積物或汽車的重量組成。土壤荷載是隨深度的增加而增加的;汽車荷載屬于集中的局部荷載,是通過土層的擴散傳遞規律對套管施加壓力,并伴隨由汽車引起的動荷載作用。
為了起見,上海地區電力排管的荷載條件按城市一級道路要求考慮的,即每根電纜套管所承受的外部荷載就等于汽車與土壤的荷載之和。塑料柔性管道的“環壓理論”是目前國內外同行廣泛接受和應用的管道結構分析理論,即在外荷載作用下,管材橫斷面變形率Δy/D(%)≥2%,且管壁不發生裂紋。
電力電纜套管變形率指標可達2.5%,也屬于柔性管道。根據這個理論,埋地式套管的計算,應將管道與其周圍的土壤視為一個完整的結構體系。這個體系在外荷載的作用下,管道截面由正圓逐漸變成橢圓的同時對兩側土壤擠壓,產生變形約束(回彈抗力)。
這個回彈抗力呈二次拋物線分布(M.GSpangle),;將使套管周圍的土壓力分布趨于均勻環壓狀態,有助于降低環向應力,減小套管的變形,提高管材承受垂直外荷載的能力。在外荷載的作用下,套管截面內;曙產生環向彎曲拉應力,當這個拉應力超過套管自身的彎曲強度時,管壁因沿縱向出現斷裂而破壞,喪失承載能力。
因此作為受壓套管,彎曲強度是一項必不可少的物理力學性能指標,不能沒有,否則就很難確定套管的內在質量是否滿足工程的要求。但是在現行 標準《埋地式高壓電力電纜用氯化聚氯乙稀(PVC-C)套管》GB/T2479-2004的規定中,還是沒有給出這項關鍵指標,感到難以理解。
由此可以看出,套管的受力除了與其所承受的外荷載和自身的材料性能有關,還與套管周圍回填土的性質和密實程度有關。因此,直埋排管在施工時對回填土工藝提出了特殊的要求,不僅回填土材料要按規定選擇,還要逐層夯實達到規定的密實度,通常是80%一95%才能保證回填土對于套管有足夠的支撐──分擔受力。
施工單位很難保證直埋排管回填土的施工質量,影響了電纜線路的和使用壽命,這也正是為什么上海地區要選擇現澆混凝土排管的重要原因之一。3.試驗溫度與環片熱壓縮力電纜排管通流試驗資料表明,當電纜線芯持續載流的 工作溫度達到90℃時,套管內壁長期的溫度一般在70℃左右;當電纜線芯偶而出現過載的溫度105℃(電纜生產廠要求,為了延長電纜的使用壽命,對于電纜過載偶然出現次數和持續時間應控制在小范圍)。疏松的回填工對埋地式套管受力是非常不利的。但是在大多數情況下試驗過載的持續時間約5h時,套管內壁的短期溫度 不會超過90℃。
套管取大于93℃作為其維卡耐熱指標還是偏的,能夠滿足電力電纜長期運行的要求。套管環片熱壓縮力的試驗條件是參照日本和臺灣電纜塑料導管技術標準的有關規定,結合國內電力排管使用經驗而提出的。《埋地式高壓電力電纜用氯化聚氯乙烯(PVC-C)套管》QB/T2479—2004標準的規定要求加溫方法是80℃/1h,試驗指標分別是大于和,前者適用于車行道,后者適用于綠化帶或禁止車輛行駛的人行道。
這項試驗指標是埋地式電力電纜套管的重要指標,它反映了套管的實際使用狀態,控制套管在80℃高溫條件下,仍然保持較好的抗變形能力,滿足套管內電力電纜運行可靠。4.蠕變,老化與腐蝕塑料套管不僅對溫度變化的反應十分敏感,在蠕變,老化等方面也與鋼材,混凝土等管材有很大差異。
在工程中鋼材,混凝土等材料的強度對使用溫度和時間的沒有很明顯的影響,而塑料套管的強度與荷載的持續時間,溫度是密切相關的。其十生能受環境或外力長時間的影口向會明顯下降,致使套管發生變形,破壞,逐漸喪失使用功能。
為了減緩上述影響,一是在管材中添加適當的穩定劑和防老劑,二是提高管材一定的儲備,以保證管道在規定的使用期內不發生強度破壞。所以塑料套管的系數還具有耐久性的含義,除了要考慮其公差,材質的均勻J,哇以外,還要考慮其蠕變,工作條件以及所設定的土層參數與實際情況差異等綜合因素,裕度一般遠遠大于鋼材與混凝土,也就使管材強度隨長期使用的變化,始終保持在設計的允許范圍內。
對于在高溫情況下管材性能的變化,其老化程度是根據塑料表面在試驗中的一些變化來評價。如試樣發生局部粉化,龜裂,斑點,起泡及變形等外觀的變化。因此套管還應進行80℃的耐熱老化試驗,以確保氯化聚氯乙烯(PVC—C)套管使用壽命在50年。
另外,塑料套管的耐腐蝕性能主要取決于其原材料的成分,性質,而氯化聚氯乙烯(PVC—C)套管的主要原材料成分本身就具有較好的耐酸堿腐蝕性能足以抵御一般土壤中較低酸堿濃度的腐蝕。塑料套管因埋入地下而不存在受紫外線輻射的老化問題。
隨著我國經濟建設的突飛猛進及城市化進程的日新月異,對電纜套管不僅在數量會有較大增幅,在品種和質量上也會有新的需求,如近期非開挖專用電力管材,環保型電纜套管的應用等,既推動了塑料管業的進步,也適應了電力事業加快發展的要求。我們希望輕工塑料行業在我國的經濟建設中發揮越來越重要的作用,為電力發展提供更多更好的產品。
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