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预应力塑料波纹管的失效类型及原因分析　

　1、失效类型的分析　　预应力塑料波纹管的失效在管线试压和运行期间均有发生。管线试压时出现问题主要有三种类型：由于管系临时支撑不当，或管系固定支架设置不合理，导致支架破坏，预应力塑料波纹管过量变形而失效;由于预应力塑料波纹管设计所考虑的压力或位移安全富裕度不够，管线试压时预应力塑料波纹管产生失稳变形失效;预应力塑料波纹管制造质量问题，制造厂偷工减料，5层私自改为3层或更少。

　　预应力塑料波纹管在运行期间的失效主要表现为腐蚀泄漏和失稳变形两种形式，其中以腐蚀失效居多。从腐蚀失效预应力塑料波纹管的解剖分析发现，腐蚀失效通常允点腐蚀穿孔和应力腐蚀开裂，其中氯离子应力腐蚀开裂约占整个腐蚀失效的95%。预应力塑料波纹管失稳有强度失稳和结构失稳两种类型，强度失稳包括内外压预应力塑料波纹管平面失稳和外压预应力塑料波纹管周向失稳;结构失稳是内压预应力塑料波纹管的柱失稳。

　　2、设计疲劳寿命与稳定性及应力腐蚀的关系　　预应力塑料波纹管的设计主要考虑耐压强度、稳定性和疲劳性能等三个方面的因素。虽然国家标准和美国EJM A标准对这几方面的计算和评定都有明确的规定，但从多年的应用实践和预应力塑料波纹管失效分析中发现，标准中给出的关于稳定性的计算和评定方法不够，且疲劳寿命也仅给出了比较粗的界限范围(平均疲劳寿命在103～105适用)。有时—个完全符合标准要求的产品，在实际使用时也会出现—些问题。如内**向型预应力塑料波纹管预变位状态在压力试验时预应力塑料波纹管易产生平面失稳，大直径外**向型预应力塑料波纹管全位移工作状态预应力塑料波纹管易产生周向失稳，小直径复式拉杆型预应力塑料波纹管、铰链型预应力塑料波纹管全位移工作状态易产生柱失稳。预应力塑料波纹管过大的变形不仅对其稳定陛造成影响，还会为应力腐蚀提供有利的环境条件。

　　a、预应力塑料波纹管疲劳寿命与其综合应力

　　预应力塑料波纹管的补偿量取决于其疲劳寿命，疲劳寿命越高，预应力塑料波纹管单波补偿量越小。为了降低成本，提高单波补偿量，有些生产厂家将预应力塑料波纹管的许用疲劳寿命降得很低，这样会导致由位移引起的预应力塑料波纹管子午向弯曲应力很大，综合应力很高，大大降低了预应力塑料波纹管的稳定性。

　　b、预应力塑料波纹管的综合应力与其耐压强度

　　由标准中给出的预应力塑料波纹管平面稳定性和周向稳定性的计算方法和评定标准可以看出，二者反映的均为强度问题。当预应力塑料波纹管设计的许用寿命较低时，不仅其子午向综合应力较高，环向应力也比较高，使预应力塑料波纹管局部很快进入塑性变形，导致预应力塑料波纹管失稳。对于内压预应力塑料波纹管，位移应力在预应力塑料波纹管波峰和波谷处形成塑性铰，再加上压力应力，预应力塑料波纹管很快产生平面失稳。这就是低疲劳寿命预应力塑料波纹管在位移条件下平面失稳压力远低于高疲劳寿命的预应力塑料波纹管的根本原因。例如在预变位状态下，即预应力塑料波纹管位移量为许用值的1陀时，梅州塑料波纹管，一个许用疲劳寿命为200次的预应力塑料波纹管，尚未达到其允许设计压力时，已经产生平面失稳;许用疲劳寿命为1000次的预应力塑料波纹管，达到设计压力时，预应力塑料波纹管处于平面稳定状态，达到1.5倍设计压力时，预应力塑料波纹管处于临界失稳状态;许用疲劳寿命为2000次的预应力塑料波纹管达到设计压力15倍时，预应力塑料波纹管仍处于平面稳定状态。从外压预应力塑料波纹管纵向剖面看，一个受压力的拱粱，工作时预应力塑料波纹管处于拉伸状态，相当于拱梁降低了拱高，其抗失稳的能力自然降低。当预应力塑料波纹管单波位移过大时，波纹平直部分倾斜，使得预应力塑料波纹管波峰直径有缩小的趋势，但波峰圆环直径是确定的，hdpe塑料波纹管厂家，为了协调变形，就会产生波峰塌陷，预应力塑料波纹管周向失稳。

　　在国内外相应的标准中，关于位移对预应力塑料波纹管外压周向稳定性的影响均未涉及，有待于深人探讨。综上所述，虽然至今为止在热力管网的应用过程中尚未发现由疲萄而引起的破坏，但预应力塑料波纹管过低的设计疲劳寿命，将会导致灾难性的后果。

　　c、预应力塑料波纹管位移与其柱稳定性。

　　对于复式拉杆型和铰链型预应力塑料波纹管，横向位移是由预应力塑料波纹管角变位引起中间管段倾斜实现的。当预应力塑料波纹管产生角变位时，预应力塑料波纹管凸出侧承压面积大于凹陷侧承压面积，导致预应力塑料波纹管附加了—个横向力，较之轴向型预应力塑料波纹管更易产生柱失稳。显然预应力塑料波纹管单波位移越大，预应力塑料波纹管横向位移越大，塑料波纹管 品牌，越易产生柱失稳。

新型的塑料波纹管疲劳寿命计算方法　

　非弹性分析法运用大量的弹塑性大位移有限元分析法来估算加强和无加强塑料波纹管的由位移载荷引起的应变范围。关于无加强塑料波纹管的应变范围的估算，Becht先前已经阐述过。模型使用半个波的单元宽边，在大多数的分析中，都是以平均直径为610mm，壁厚为0.5l咖。在有些分析中，为了估算应变集中对参数 QW和QDT的敏感度，壁厚是变化的。假定一条双线性的应力一应变曲线，屈服强度是207MPa。

　　**过屈服强度的坡度，假定是弹性坡度和假定动力硬化的10%。所有的分析都是采用CoSMOs/M有限元程序来执行的。将无加强塑料波纹管的模型对照应变仪检验，结果正如Becht所分析的。

　　模型运行压缩位移的一个半周期，图6所示的即为典型的无加强塑料波纹管的应变一位移图表。分析时应变范围取自后半个周期，在一周期后，弹性应变范围达到两倍的屈服点。