基于VB语言的钢管及铸铁管壁厚的程序计算

李 炜

(太原供水设计研究院有限公司，山西 太原 030009)



·计算机技术及应用·

基于VB语言的钢管及铸铁管壁厚的程序计算

李 炜

(太原供水设计研究院有限公司，山西 太原 030009)

对埋地给排水管道进行了受力与变形分析，结合计算机编程语言VB，得到了关于计算管道壁厚的应用程序，并将该程序的计算结果与手册计算结果作了对比，验证了计算程序的适用性。

管道，VB程序语言，管壁厚度，弹性模量

0 引言

城镇基础设施中的给水、排水及中水等管道工程是城市建设必不可少的基础性工程。管道在实际应用中，往往处于复杂的受力状态。有内压作用的埋地管道的管材应为管壁材质一致且厚度相等的内外壁均匀平滑的平壁管管材。

埋地给水排水管道结构上作用，有管自重、管内水重、管道外壁上的竖向和侧向土压力和水压力、地面车辆荷载、堆积荷载和人群荷载等。此外给水压力管道上尚有作用在管道内壁的运行内水压力，作用在管道系统纵向由环境温度变化产生的温度作用，管道纵向出现不均匀沉降时产生的纵向力和管道在转弯、三通、堵头等部位由内水产生的轴向推力等。

对埋地刚性管道，管顶竖向土压力标准值(每延米)，Fsv,k=CcγsHsBc，其中，Cc为填埋式土压力系数，在我国，对开槽施工管道，开槽的槽宽都比较大，都属于填埋式埋管情况。其受力形式如图1,图2所示。

1 基于力学理论的管道受力分析

1.1 强度分析

1)荷载组合作用下管壁截面上最大弯矩计算：

式中：φ——弯矩折减系数，可取0.7～1.0；Ep——管材弹性模量；kgm,kvm,kwm——管道自重、竖向土压力、管内水重作用下管壁截面的最大弯矩系数。

2)设计内水压力作用下，管壁截面上的拉力设计值计算：

N=ψcγQFwd,kr0b0。

式中：ψc——可变荷载组合系数，可取0.90；γQ——设计内水压力及地面车辆荷载或堆积荷载的分项系数，可取1.4；

r0,b0——计算半径、计算宽度。

3)计算钢管管壁截面的最大环向应力：

其中，t0为计算壁厚，当管材为钢管时，可取t0=t-2；当管材为球墨铸铁管时，可取t0=0.975t-1.5。

1.2 稳定验算

钢管管壁截面临界压力计算：

式中：vs——回填土的泊松比;n——钢管管壁失稳时的折绉波数，其取值应使Fcr,k为最小值并为不小于2的正整数。

1.3 变形验算

在准永久组合作用下管道的竖向最大变形为：

2 回填土的综合弹性模量

在强度计算中，管侧回填土的综合弹性模量的计算，则是通过计算x=Br/D1和y=Ee/En，由x和y的值共同查表得到z=ξ。但在程序中要实现这个二元函数z=f(x,y)，必须将《给水排水工程结构设计手册》中表8.4.3-3的数据进行曲线拟合，得到函数z=f(x,y)的表达式，然后便可在程序中进行代码的编写。

利用Excel对数据处理的功能，将表8.4.3-3的数据输入到Excel中，形成光滑的曲线，并选择添加趋势线的功能，得到拟合曲线的图形及函数表达式，如图3,图4所示。

从图3，图4中可发现，有下列关系表达式存在：

z=A(x)lny+B(x)。

其中，A(x)和B(x)是关于x的函数，关系如图5所示。

根据上述分析，可以得到z=f(x,y)的函数表达式为：

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的编程实现

通过设计程序的界面，优化各功能按键的布置及逻辑顺序，采用VB程序语言编写程序代码。

应用程序的Visual Basic代码：

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的强大的程序开发功能，结合上述关于计算管道管壁厚度的力学理论，基于Visual Basic 6.0编码平台，开发出了适用于计算管道管壁的.exe文件。

4 计算结果的比较

结合《给水排水工程结构设计手册》中给出的计算实例，将手册中相关参数输入到应用程序中，得到软件的计算结果。

4.1 软件计算结果

通过应用程序的分析计算，得计算结果如下所示：

管壁截面最大环向应力：σθ=231.327 MPa。

降温时截面最大组合应力为182.531 MPa。

升温时截面最大组合应力为212.109 MPa。

4.2 手册计算结果

算例中，计算得到的结果如下：

管壁截面最大环向应力：σθ=233.23 MPa。

降温时截面最大组合应力为183.96 MPa。

升温时截面最大组合应力为213.57 MPa。

4.3 计算结果对比

截面的最大环向应力：

降温时截面最大组合应力：

升温时截面最大组合应力：

结合上述分析得出，两组计算结果非常接近，最大误差仅为0.8%。同时，应用程序在编写设计时，各参数的选取均以考虑最不利情况为前提，因而其计算结果是偏于安全的。

5 结语

综合上述各节分析，对埋地管道进行了受力与变形的分析研究，结合计算机编程语言VB，得到的关于计算管道壁厚的应用程序，能够适应实际工程在不同条件下的管道壁厚的计算，考虑的影响因素比较全面，具有实际的应用意义。

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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 炜(1985- )，男，助理工程师

TP319

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