摘要：采用有限元分析软件ANSYS对塑钢缠绕排水管进行结构设计和环刚度验证，通过理论计算和实测数据的 对比来验证有限元法的有效性和准确性，为塑钢缠绕排水管其他管径和带材截面的设计研发提供更为准确的设计

 

关键词：塑钢缠绕排水管；环刚度；有限元分析

 

以往，我国的埋地排水管基本上采用的是铸铁 管、混凝土管和钢筋混凝土管等刚性管道系统。近半 个世纪以来，随着高分子材料及高分子聚合技术的快 速发展，管道领域发生了重大变革，“以塑代钢”成 为一种趋势，国际上塑料埋地排水管已经广泛应用了 几十年。由于塑料埋地排水管的独特优越性加上政府 的鼓励和支持，近年来国内应用市场迅速发展。深圳 华瀚管道科技有限公司（以下简称华瀚管道）是一 家专业从事给排水管道的研发、生产、销w的高新技 术企业，塑钢缠绕筲是华瀚管道产品中自主创新，拥 有自主知识产权的新型钢塑复合重力m流符道产品， 已编制为闺家建设部《聚乙烯铟钢缠绕排水管》行 业标准（CJ/T 270-2007)。该管道产品由钢塑复合 的异型带材经螺旋缠绕焊接制成，该种钾材具有耐腐 蚀、质lit轻、安装简便、通流W大、寿命长（50年） 等优点，属建设部推荐的环保型鉍色产品。

 

本文.结合杳限元分析软件ANSYS对塑钢缠绕排 水管进行设计分析，通过带材规格的理论计算和实测 数据修正M限元模型，进而推导同系列不问管径的环

刚度数值，以此作为现有管材外其他管径缠绕管的设 计依据。借助有限元的优化功能，在保证公司产品满 足环刚度要求的前提下减少原材料的用量，提高产品 的性价比和更强的市场克争优势。

 

图丨塑钢缠绕管异型带材截面

 

2塑钢缠绕管有限元计算

 

以国家建设部《聚乙烯塑钢缠绕排水管》行业 标准CJ/T 270—2007为分析依据，本文分析以DN/ IN2_SN10为例。塑钢缠绕管截面形式规则，有限 元建模时不做任何简化，对钢带和PE分别建模并分 配不同的材料属性，力求分析结果真实可靠。为提高 有限元模型的分网及求解速度要求，在保证计算精度 前提下，仅对缠绕管的一个螺距建模，有限元模型如 图3所示。

方法求解分析模型DN/1N2000SN10的环刚度S。ISO 标准对于管材的环向刚度称为环刚度，其物理意义是 一个管环断面的刚度，可以用以下的公式计算：

 

 

从环刚度的f种分析结果（见表l)可知，有限 元分析结果与实测数值误差仅有0. 106 kN/m2,远比 理论计算结果的（1.1 kN/m2)接近实际。这是因为 理论计算时由于采用的简化模型未考虑带材螺距变化 的原因。为避免单一结果误差，进行多组数据对比分 析，如下表2所示。

 

 

 

5结束语

 

本文采爪有限兀分析软件ANUS对华瀚骨道的 塑钢缠绕排水管进行环刚度设计，从分析结果与理论 计算和实测数值的对比可知，有限元分析方法能够精 确地计算出缠绕管的环刚度数值和变形应力极限数 值，这为缠绕管的前期设计提供了一个更为准确和有 效的分析方法，将为其他异型结构管材的研发设计提 供便利。