PVC管(全称聚氯乙烯塑胶硬质管)的应用，始于第二次世界大战后的1940年，由欧洲、美国、日本等工业国家相继开发、推广。在我国近二、三十年来，因建筑业、工商业及农渔业的蓬勃发展，由于PVC管具有优异的特性及符合经济实用的价值，促使其使用量与日俱增，在建筑工程、一般土木工程、自来水工程、下水道工程、电讯工程、农渔业工程等，皆普遍、广泛应用。笔者在几年的设计工作中大量接触到有关PVC管的管线设计，特总结出以下几点应注意的问题，与大家共同探讨。

1. PVC管的抗拉强度

　　1.1 PVC管的抗拉强度，是将试片以10mm/min的拉引速度，测定其断裂时最大荷重，除以试片的最小断面积而得。

　　1.2 PVC管的抗拉强度与温度的高低变化有密切的关系，温度提高时, 抗拉强度、弹性系数会相对的降低;温度降低时, 抗拉强度、弹性系数会提高，而温度低于0℃时会逐渐有脆性现象，故在管线设计上需留意温度的条件。

　　1.3 参照图1，是PVC管的抗拉强度与温度的关系曲线图，温度在20℃时， 抗拉强度可达530kg/cm²，如在40℃时，则会降至400kg/ cm²。

　　1.4　图2为PVC管长期间负荷后的抗拉强度变化曲线，该曲线与疲劳曲线很相似，但当其负荷时间延长时，其强度则随时间的增长而逐渐降低，伸长率则有增加的趋势，因此PVC管在管线设计上仍需考虑到长期使用的强度变化问题。

　　1.5　参照图2，PVC管的强度虽然随负荷时间而减低，但其减低率亦随时间的增加而越来越小，约到1000小时后几乎不再减低。其长期抗拉强度约为瞬间抗拉强度的1/2，此强度既是PVC管的长时间强度，或持久性强度，是一般设计的依据。

　　1.6 PVC管的设计使用年限，均依据图2的关系曲线设定为50年，但如果 PVC管埋在地下而不露出配管，其寿命应可超过50年。

2. PVC管的弹性系数（杨氏系数）

　　2.1　材料的应力与所产生变化之比，称为“弹性系数”，公式: E=S/△。

　　2.2　弹性系数的测定方法，除可由荷重试验依上式计算外，也可用振动方式作间接测定，图1的弹性系数曲线是由振动方式测定所得的结果。该弹性系数与温度的关系曲线上，有两个转移点，第一次转移点显示PVC管开始软化，第二次转移点因其极限伸长率渐小，强度增加，但是延性渐消失，冲击强度变弱，开始有脆性发生。

　　2.3 PVC管在常温的弹性系数约2.8~3.4×10⁴kg/cm²，在外压强度的计算上，一般采用3╳10⁴kg/cm²。

3. PVC管的内压强度

　　3.1 PVC管瞬间的爆破水压，可由下列Naday式计算获得。

                   PB=2tf/Dm=2tf/（D-t）=4tf/（D+d）

   　　　式中： PB：瞬间的爆破水压（kg/cm²）

　　　　　　　　f：抗拉强度（一般采用500 kg/cm²）（kg/cm²）

　　　　　　　　t：管厚（cm）

　　　　　　　　Dm：PVC管中线口径（cm）

　　　　　　　　D：PVC管外径（cm）

　　　　　　　　d：PVC管内径（cm）

　　3.2 PVC管的最高常用水压，一般所采用的安全系数S=6。

　　3.3 PVC管的使用温度，一般以常温最适合，如使用温度提高，其耐内压强度的比率应相对加以降低，其各种温度下的耐内压比率可参照表1采用。

表1  PVC管使用温度与耐压的关系

4. PVC管的外压强度

　　4.1 PVC管所承受的外压，来自土压和轮压，可由Janssen式计算。

　　　　垂直土压：PE=Bρ〔L-（2Ktanθ）/2Ktanθ〕

　　　　垂直轮压：PM=（L+i）W/（L+h）（b+2h）

　　　　式中：B：新挖掘的管沟宽度（计算采用50cm）（cm）

      　　　　ρ：覆盖土壤的密度（0.0018kg/cm³）（kg/cm³）

      　　　　h：覆土高度（cm）

     　　　　 i：车轮荷中的冲击率（一般采用0.3）

     　　　　 W：轮胎荷重（后轮一轮）（kg）

     　　　　 L：轮胎的接地长度（cm）

     　　　　 b：轮胎的接地宽度（cm）

      　　　　K=（1-sinθ）/（1+sinθ）

表2  20吨卡车的车轮尺度与荷重

exp（n）=eⁿ  e=2.71828自然对数的底

由Janssen式计算的土压、轮压与埋设深度的关系见表3

表3  20吨卡车的土压、轮压

注: 冲击轮压=轮压×1.5

　　4.2 PVC管的埋设深度，一般在公路上，配合土压、轮压的条件，应埋设1.2~1.5M的深度，人行道为0.9M，住宅巷道为0.6M。

　　4.3 PVC管能承受的耐外压强度，由下式计算：

　　　　P_S==0.559E()³

　　式中：P_S：PVC管能承受的耐外压强度（kg/cm²）

      　　F：单位长度的耐压荷重（kg/cm）

      　　△Y：受压后的口径压缩量（cm）

      　　E：PVC管的弹性系数（kg/cm²）

      　　t：PVC管的厚度（cm）

     　　 r：PVC管的半径（cm）

       注: PVC管的弹性系数，一般采用3×10⁴kg/cm²

5. PVC管的伸缩问题

　　5.1 PVC管与其他材质相同，具有热胀冷缩的特性，其线膨胀系数，也随温度的高低而有变化，一般以0~100℃的平均值表示，参照图3当温度增高时其线膨胀系数亦随之增加，常温下线膨胀系数在6~8×10^-5/℃，管线设计中一般采用7×10^-5/℃。

　　5.2 PVC管因材质的热胀冷缩，其管线受气温的变化，将会产生伸缩，其伸缩量可由下列公式计算。

       △l=（Q₁-Q₂）L·a

　　式中：△l：管线伸缩量（cm）

　　Q₁-Q_2：温度差（℃）

　　L：直线配管长度（cm）

　　a：线膨胀系数（℃-1）

　　5.3 PVC管的管线设计中，直线配管必须考虑伸缩问题，尤其露出配管更应留意，若采用活套管，因活套管的承口本身就是一种伸缩接头，所以不必考虑本项问题。但露出配管采用TS冷接法，配管直线长度超过50M，就应安装伸缩接头或Ω状伸缩接头（ExpansionJoint），而活套管施工时，应依规定预留间隙，才可发挥伸缩效果。

6. PVC排水管的流量计算

　　6.1 PVC管的排水流动，一般靠管线的坡度来达成流动效果(以泵输送,不在本文叙述范围中)。由于PVC管的内壁很光滑，其粗糙程度系数为0.009(铸铁为0.015)，故在相同的内径之下，PVC管的流量远较金属管为大，且长期使用管内不会粘附水垢，故流量始终不至有低落的变化，在加PVC管的优异耐酸、耐碱、耐腐蚀特性，为下水道工程管线最实用的管材之一。

　　6.2 PVC排水管的流量计算，可用Maning式计算。

          Q=A·V

          V=R^2/3·I^1/2

   式中：Q：流量（m³/sec）

         A：流水断面积（m²）

         n：粗糙系数

　　　　 R：径深（m）

        I：管路的坡度（以分数或小数表示）

          R=（满管或半管，R=）

          S：流水断面弧长（m）

　　　　粗糙系数：PVC管：0.009 水泥管：0.013 铸铁管：0.015

7. PVC管的水头损失与流量

　　7.1 自来水管因直线配管长度，管内水的流速产生的摩擦水头损失可由下式计算。

           h=λ·……………………（1）

　　　　式中： h：损失水头（m）

      　　　　λ：摩擦系数

              l：配管长度（m）

　　　　　　　 d：管内径（m）

　　　　　　　 V：流速（m/sec）

　　　　　　　 g：重力加速度（9.8m/sec²）

　　　　　　I=（动水坡度）………………（2）

        由（1）、（2）式，可得

               V=（2g）^0.5λ^-0.5·I ^0.5·d ^0.5

　　7.2 流量计算

            Q=（2g）^0.5λ^-0.5·I ^0.5·d ^2.5=3.4776λ^-0.5·I ^0.5·d ^2.5

            3.4776λ^-0。5= C（流量系数）

  　　由以上得：Q= C·I ^0.54·d ^2.27（适用于口径在63mm以下的管子）

　　　流量系数：C=215

　　　　Q=0.2785 C·I ^0.57·d ^2.63（适用于口径在75mm以上的管子）

　　　流量系数：C=140

8. PVC管外露配管的支撑间距

表4  PVC管外露配管的支撑间距        单位:m

参考文献：杨绿乔,等. 塑料管道工程设计与施工.北京:中国建筑工业出版社,2001

　　　　　王继明.给排水管道工程.北京:清华大学出版社,2002

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