Tillatt utvendig overtrykk/innvendig undertrykk

Transkript

1 Tillatt utvndig ovrtrykk/innvndig undrtrykk For t uffrør vil ttningsringns vn til å tål undrtrykk oft vær dinsjonrnd. I t rør so blasts d t jvnt utvndig trykk llr innvndig undrtrykk vil dt oppstå spnningr, so vi kan kall ringtrykkspnningr, i rørvggn so illustrrt i figurn. Når størrlsn på diss spnningn når t visst punkt vil rørt kollaps (knkk). Dnn spnningn kalls knkkspnning. Knkkspnningns størrls avhngr av ovalitt, o rørt kan bvg sg i lngdrtning, o dt r forstrkt d udforrbar avstivningsringr (blastningslodd) og o dt r ndgravd llr o dt liggr fritt utn sidstøtt (sjøldning llr rør ovr bakkn). t utvndig ovrtrykk gir dn sa situasjonn so t innvndig undrtrykk. I dt følgnd bnyttr vi bar btgnlsn undrtrykk so tilsvarr utvndig ovrtrykk, innvndig undrtrykk llr ngativ diffrans llo diss. Rør utsatt for t utvndig ovrtrykk llr innvndig undrtrykk p Ringtrykkspnning so oppstår vd undrtrykk: σ t = p d [N/ ] Øks dt innvndig undrtrykkt oppnås til slutt dn ringtrykkspnning i rørvggn so førr til kollaps - llr knkking. Dtt undrtrykkt kalls kritisk undrtrykk. Knkkspnning: σ kn = d [N/ ] Kritisk undrtrykk: p kr = d [N/ ] p : trykkforskjll llo utsidn og innsidn av rørt (undrtrykk) [N/ ] : atrialts -odul* [N/ ] ν : tvrrkontraksjonskoffisint (oissons ratio) vanlig vrdir r: - bvglig ndgravd rør: 0, 0,4 - ndgravd rør so r hlt forhindrt fra å bvg sg i lngdrtningn: 0,5 - fritt opplagt fastspnt rør utn sidstøtt: 0,5 - fritt opplagt bvglig rør utn sidstøtt: 0 : vggtykkls [] d : rørts iddldiatr. d = d - [] Forutstningr for forlns gyldight r at røratrialt r lastisk og at rørt r fullkont sirkulært. Mai 007 Tknisk håndbok, sid 4

2 * Troplastrør r ikk lastisk, n viskolastisk. Dtt btyr at an i hvrt tilfll å vurdr hvilkn -odul so skal bnytts - korttids -odul llr krypoduln. Vd trykkstøt bnytts for kspl korttids -odulr. Vd konstant blastningr ovr tid, so for kspl vd undrtrykk i n inntaksldning, bnytts krypodul. Krypoduln r vansklig å bst fordi dn avhngr av tid, tpratur og spnningns størrls. Man bnyttr drfor vanligvis d konsrvativ vrdin oppgitt i avsnittt vi har kalt atrialdata. å grunn av atrialts viskolastisk gnskapr, varirr også tvrrkontraksjonskoffisintn d atrialtyp, blastningstilfll og -tid. Mn hr r dt også vanlig å bnytt vanlig vrdir so r oppgitt. Dt r n forutstning for krypknkking at rørt har n initialdforasjon, og slik r dt i praksis. S figur i nst avsnitt. For t tortisk fullkont sirkulært rør inntrffr n lastisk knkking i stdt for n krypknkking. Vd bstls av kritisk undrtrykk vd lastisk knkking å an anvnd n vrdi på -odul () so gjldr for korttidsblastning. Da -odul vd korttidsblastning r størr nn vd langtidsblastning (krypodul) vil lastisk knkklast vær størr nn krypknkklast. Dtt btyr at plastrør tålr størr undrtrykk i kort tid nn ovr lang tid. Mai 007 Tknisk håndbok, sid 5

3 Brgning av kritisk undrtrykk for rør so ikk har sidstøtt Kritisk undrtrykk: kr = d k [N/ ] dr k r rduksjonsfaktor på grunn av ovalitt, s diagra undr. I tillgg r dt vanlig å lgg inn n sikkrhtsfaktor på,0 for å faststt tillatt undrtrykk. Rduksjonsfaktor k for kritisk undrtrykk vd ovalitt (δ/d ) - illustrasjon fra Lars-ric Jansons bok Av diagrat sr an at rørts vn til å tål undrtrykk rdusrs d ca 50 % vd % ovalitt. Hvis vi innførr SDR-vrdin blir forln kr 1 = SDR 1 k kspl: n SDR 11 rørldning, so liggr fritt og ikk fastspnt, utstts i lang priodr for t undrtrykk nd ot - 5 Vs. Rørts dforasjon åls til % og tvrrkontraksjonskoffisintn r 0,5. Kritisk undrtrykk: kr = d k [N/ ] 00 N = 1 0 8,6 86,4 0,5 = 0,0 N/ = 0, Vs Sikkrhtsfaktor ot knkking/buckling r 0, Vs/5 Vs = 4,1. Sikkrhtsfaktorn r størr nn og dt vil ikk vær far for at rørt klappr san. Mai 007 Tknisk håndbok, sid 6

4 Tabllr for tillatt undrtrykk for frittliggnd rør utn sidstøtt Kort tid SDR 4,4 SDR 6 SDR 1 SDR 17/17,6* SDR 1,6 SDR , k - *18 k - 8 k 100-6,5 k - 5 k 51 k 10 k VC 8, k - (8 k) - (15 k) - Svart har bnvning Vs (1 Vs 0,1 bar). ν r 0. r 000 N/ for VC, N/ for 100 og 800 N/ for 80. Vrdir for k hnts fra diagra ovr. Dt r tatt hnsyn til n sikkrhtsfaktor ot knkking. For fastspnt rør r vrdin % høyr. Lang tid SDR 4,4 SDR 6 SDR 1 SDR 17/17,6* SDR 1,6 SDR ,0 k - *,6 k - 16 k 100-1, k - 5,0 k 10 k 0 k VC,7 k - (1 k) - (51 k) - Svart har bnvning Vs (1 Vs 0,1 bar). ν r 0. r N/ for VC, 00 N/ for 100 og 160 N/ for 80. Vrdir for k hnts fra diagra ovr. Dt r tatt hnsyn til n sikkrhtsfaktor ot knkking. For fastspnt rør r vrdin % høyr. kspl: Hva r tillatt undrtrykk vd lang tids blastning for n 100 SDR 11 ldning so liggr fritt d % dforasjon? Av tablln so visr kritisk undrtrykk vd lang tid sr vi at uttrykkt r: till = 0 k [Vs] Av figurn so visr rduksjonsfaktor på grunn av ovalitt sr vi at k r lik 0,55: till = 0 0,55 = 11,0 Vs 1,1 bar Tillatt undrtrykk for dnn ldningn r 11,0 Vs d n blastningstid på 50 år og n sikkrhtsfaktor på. n viktig forutstning r slvsagt at dforasjonn holdr sg på % - no so fordrr godt utført ldningsson. Utrgningn gir oss vildnd, konsrvativ vrdir. I kritisk tilfllr å valg av vrdir for ν og vurdrs r nøy. Brgning av kritisk undrtrykk for -rør so avstivs d btonglodd Hvis t rør so kan bvg sg fritt i lngdrtningn forstrks d udforrbar avstivningsringr (blastningslodd) d innbyrds avstand L, kan kritisk undrtrykk brgns slik: =, [N/ ] L krl kr : Vggtykkls [] : Matrialts -odul llr krypodul [N/ ] kr : Kritisk undrtrykk utn avstivningsringr [N/ ] L : Avstandn llo avstivningsringn [] Uttrykkt gjldr innnfor følgnd grnsr for L: Mai 007 Tknisk håndbok, sid 7

5 1,56 L > 4 ( d ) d d : Middldiatr d = d - Dinsjon SDR 7, SDR 11 SDR 17 SDR 6 [] 110 < 0,7 < 0,49 < 0,65 < 0,8 160 < 0,54 < 0,7 < 0,94 < 1, 5 < 0,76 < 1,0 < 1, < 1,7 80 < 0,95 < 1, < 1,6 <,1 15 < 1,1 < 1,4 < 1,8 <,4 400 < 1,4 < 1,8 <, <,0 500 < 1,7 <, <,9 <,8 600 <,0 <,7 <,5 < 4,5 710 <,4 <, < 4, < 5, 800 <,7 <,6 < 4,7 < 6, <,4 < 4,5 < 5,9 < 7,5 100 < 4,1 < 5,4 < 7,0 < 9, < 4,7 < 6, < 8, < 10, < 5,4 < 7, < 9,4 < 1, < 6,1 < 8,1 < 10,6 < 1,5 000 < 6,8 < 9,0 < 11,7 < 15,0 Maksiuavstand [] llo lodd for at brgningn skal vær gyldig. Vd størr avstandr bnytts forl for fritt rør utn avstivningsringr. S forrig avsnitt. Ut fra tablln kan an ls at diss brgningn ikk r rlvant før dinsjonn blir rilig stor - kanskj størr nn 400 og vd høy SDR-vrdir. kspl: n SDR 11 sjøldning på 50 trs dyp kan bli utsatt for trykksvingningr d trykk nd ot 0 Vs vd n uforutstt, brå ndring av vannhastightn. Avstandn llo blastningsloddn r,0 tr. Ovalitt r 1 %. Sjkk først at avstandn llo btongloddn gjør forln gyldig. 1,56 L > 4 ( d ) 1,56 54,5 > 4 d ( 54,5 545,5) 54,5 545,5 L [],69 L > 0,49 L =,0 Forln r gyldig Finn kritisk undrtrykk utn avstivningsringr: kr = d k [N/ ] Mai 007 Tknisk håndbok, sid 8

6 1000 N = ,5 545,5 0,65 = 1,9 N/ = 1 Vs Kritisk undrtrykk d avstivningsringr:, [N/ ] = L krl kr =, 54, N 000 1,9 N =,15 N/ = 0 Vs Ldningn liggr på 50 trs dyp og innvndig trykk r 0 Vs. Trykkforskjlln r altså 50 Vs so r y indr nn dt kritisk undrtrykkt. Ldningn vil d stor sannsynlight tål n slik blastning - slv o rørts ovalitt økr. Brgning av tillatt undrtrykk for rør so liggr ndgravd i grøft - Brgning av dt total undrtrykkt rørt blir utsatt for lastrør so liggr ndgravd i god assr har vsntlig størr otstandsvn ot kollaps nn t frittliggnd rør på grunn av støttn fra assn i ldningssonn. I vldig løs assr kan an risikr at rørt ikk har nvnvrdig støtt og ovalisring får utvikl sg fritt. Størst btydning for størrlsn på dt kritisk undrtrykkt har rørts ringstivht og assns støttvn (skantodul). Ndgravd rør vil, i tillgg til t vntult innvndig undrtrykk, bli utsatt for t utvndig trykk fra jordassn, grunnvann og/llr trafikk. Vrtikalt utvndig trykk på rørt: q = q jord + q vann + q tr [kn/ ] Vkt av jordassr: q jord = ρ H [kn/ ] Vanntrykk: q vann = 10 H vann [kn/ ] ρ: Jordns dnsitt, noralt kn/ ovr grunnvannstandn og 11 kn/ undr grunnvannstandn. H: Ovrdkningns høyd [] H vann : Grunnvannstandns høyd ovr sntr rør [] Trykk på grunn av trafikklast (q tr ) hnts ut fra diagrat undr. Hjultrykkt r 75 kn ( 7,5 tonn) pluss n dynaisk ffkt so r gitt n faktor 1,75. Mai 007 Tknisk håndbok, sid 9

7 q tr, vrtikalt trykk so følg av trafikklast (d <500 ) - Illustrasjon fra Lars-ric Jansons bok. Sun av undrtrykk i rørt og utvndig ovrtrykk på rørt utgjør dt total undrtrykkt rørt blir utsatt for. - Ringstivht og undrtrykk Ndgravd rør so kollapsr r n sjldnht i Norg. Årsakn til dtt r at vi gnrlt har brukt rør d stor vggtykkls i forhold til trykklassn - og drd høy ringstivht. D ny uropisk standardn åpnr ttr hvrt for tynnr rør d lavr ringstivht, og da å vi vær r på vakt vd undrtrykk. For dt allr st skal an bnytt d vanlig korttidsvrdin for ringstivht fordi kollaps opptrr plutslig so følg av n plutslig økning i blastningn. Langtidsvrdir for ringstivht på plastrør oppgis noralt ikk. Dtt fordi ringstivhtn på plastrør ikk rdusrs, n hllr økr no ovr tid. å grunn av atrialts oppførsl undr lang tids blastning å n av og til bnytt vrdir i brgningn so r rdusrt i sa forhold so llo korttidsog krypodul. - Rør lagt i god assr (friksjonsassr) Forl for tillatt undrtrykk i forbindls d friksjonsassr r: till 5,6 = S [kn/ ] β R ' t β: Sikkrhtsfaktor t : Massns tangntodul, t = s [kn/ ] s : Massns skantodul - diagra undr [kn/ ] S R : Rørts ringstivht [kn/ ]. Bruk oppgitt vrdir for ringstivhtsklassr (for kspl 8 kn/ for d flst avløpsrørsystr), llr rgn ut vd hjlp av følgnd forl: S R = = 1 d 1 ( SDR 1) [kn/ ] OBS. (røratrialts -odul) stts inn i kn/ Mai 007 Tknisk håndbok, sid 0

8 å grunn av støttn fra okringliggnd assr vil kollaps oppstå plutslig. Bnytt drfor vanlig korttidsvrdir for røratrialts -odul () i kn/. Støttvnn til assn i ldningssonn oppgis so assns skantodul. Skantoduln r avhngig av dybd og kopriringsgrad og vrdir for gnrlt god assr tas ut fra figurn undr. Tillatt undrtrykk for rør lagt i assr so gir litn støtt otals snr. Massns tangntodul, so bnytts i brgningn, stts til to gangr assns skantodul. Skantodul hos friksjonsassr avhngig av ovrdkningns høyd og kopriringsgrad. Massns tangntodul stts til dt dobl av skantoduln. - Illustrasjon fra Lars-ric Jansons bok - Rør lagt i dårlig assr Forl for tillatt undrtrykk i forbindls d vldig løs assr r: till 4 S R ' t = + β β (Gjldr for S R > 0,075 t..llr t > 90 ka for SN 8) β: Sikkrhtsfaktor S R : Rørts ringstivht [kn/ ] t : Massns tangntodul, t = s [kn/ ] s : Massns skantodul fra diagrat ovr [kn/ ] I dyp grøftr llr vd bruk av yk lir llr silt i ldningssonn d rør d lav ringstivht, kan dt oppstå kryp i røratrialt og n ringstivht rlatrt til krypoduln bør bnytts i brgningn. Stt inn krypoduln i stdt for korttids -odul i brgningn av ringstivht. - Rør i grunn grøftr d trafikklast (firkantd rør) Vd grunn grøftr d trafikkblastning og rør d lav ringstivht kan rørt bli r llr indr firkantt. For dnn situasjonn gjldr følgnd forl: till = 64 S R ( 1 +,5 ( δ d )) S R : = Rørts ringstivht [kn/ ] δ/d : = Rlativ dforasjon [ ] Mai 007 Tknisk håndbok, sid 1