GBT32491-2016 玻璃纤维增强热固性树脂管及管件长期静水压试验方法.docx

ICS 83.120 Q 23 中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准 GB/T 324912016 玻璃纤维增强热固性树脂管及 管件长期静水压试验方法 Test for long-term hydrostatic pressure of glass fiber reinforced thermosetting resin pipe and fittings 2017-01-01实施 2 0 1 6 - 0 2 - 2 4 发 布  中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会  发 布 GB/T 324912016 前 言 本标准按照GB/T 1.12009 给出的规则起草。 本标准由中国建筑材料联合会提出。 本标准由全国纤维增强塑料标准化技术委员会SAC/TC 39归口。 本标准负责起草单位北京玻璃钢研究设计院有限公司、武汉理工大学、同济大学、浙江东方豪博管 业有限公司、河北可耐特玻璃钢有限公司。 本标准主要起草人张立晨、杨节标、陈建中、周仕刚、苏跃辉、郜东河、李桐。 I GB/T 324912016 玻璃纤维增强热固性树脂管及 管件长期静水压试验方法 1 范围 本标准规定了玻璃纤维增强热固性树脂管及管件长期静水压试验的术语和定义、试验原理、试样、 试验条件和试验设备、试验步骤、静水压设计基准或压力设计基准的确定和再认定、试验报告等。 本标准适用于薄壁玻璃纤维增强热固性树脂管及管件。 注薄壁管是指外径与壁厚之比大于或等于101,该条件限制了管的内压，根据环向应力方程式，管道的设计内压 大致上是静水压设计基准的20,且与直径无关。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本包括所有的修改单适用于本文件。 GB/T 5351 纤维增强热固性塑料管短时水压失效压力试验方法 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 自由端密封 free-end closure 一种固定在试样端头，使试样在内压作用下除产生环向应力外，还能产生轴向应力的密封装置或 结构。 3.2 约束端密封 restrained-end closure 一种固定在试样端部的密封装置或结构，它依靠一根穿过试样内部的棒或外部结构，承受由内压引 起的轴向推力，从而把应力限制在试样的环向。 3.3 失效 failure 试验液体以任何形式通过试验管体流出，如管壁断裂、局部泄漏、离密封端部大于一倍以上管直径 的距离外有液体渗出。 注对本标准，尚未失效的试样，根据6.6和9.2具体条件，亦可作为失效。 3.4 环向应力 hoop stress 管状制品管壁内由内压而引起的圆周方向的拉伸应力。采用直空心圆筒试样测定环向应力，按式 1计算 SpD-t./2t. 1 式中 S 环向应力，单位为兆帕MPa; 1 GB/T 324912016 p 内压，单位为兆帕MPa; D 增强层的平均外径，单位为毫米mm; t,最小增强层厚度，单位为毫米mm。 注复杂形状制品的环向应力根据压力进行评定。 3.5 静水压设计基准 hydrostatic design basis;HDB 对一组规格相同的玻璃纤维增强热固性树脂管或管件试样分别施加不同的静水内压，测出每个试 样的失效时间，再由回归曲线外推至50年4.3810⁵h后管壁的环向应力值。 3.6 静水压设计压力 hydrostatic design pressure;HDP 压力设计基准PDB 乘以应用设计系数得出的静水压力值，在该压力下玻璃纤维增强热固性树脂 管或管件能可靠地运行而不发生失效。 3.7 静水压设计应力 hydrostatic design stress;HDS 静水压设计基准HDB 乘以应用设计系数得出的环向应力值，该应力由持续施加的内静水压力引 起，在该应力下玻璃纤维增强热固性树脂管或管件能可靠地运行而不发生失效。 3.8 长期静水压强度 long-term hydrostatic strength;LTHS 玻璃纤维增强热固性树脂管或管件在静水内压作用下，经过指定时间后管壁的环向拉伸强度值。 注确定长期静水压强度LTHS 或长期静水压压力LTHP 的时间由产品标准确定，指定时间一般为100000h 或438000 h。 3.9 长期静水压压力 long-term hydrostatic pressure;LTHP 玻璃纤维增强热固性树脂管或管件在静水内压作用下，经过指定时间后管壁所能承受的最大内 压值。 3.10 压力设计基准 pressure design basis;PDB 对一组规格相同的玻璃纤维增强热固性树脂管或管件试样分别施加不同的静水内压，测出每个试 样的失效时间，再由回归曲线外推至50年4.3810⁵ h后管壁所能承受的静水压力值。 3.11 应用设计系数 service design factor 一个考虑到玻璃钢管安装有关的各个参数和安全程度的系数，其值小于或等于1.00。HDB 乘以该 系数可得到静水压设计应力 HDS, 或者 PDB 乘以该系数可得到静水压设计压力 HDP。 3.12 平均外径 average outside diameter 根据GB/T 5351测得的外径值，减去管壁外表面非增强层厚度得到的结果。 3.13 最小增强层壁厚 minimum reinforced wall thickness 根据GB/T5351 测得的管壁厚度值，减去内衬层厚度和外表面非增强层厚度得到的结果。 4 试验原理 对若干规格相同的玻璃纤维增强热固性树脂管或管件试样至少18个分别施加不同的恒定静水 2 GB/T 324912016 内压，测出每个试样的失效时间，通过线性回归分析方法，得到环向应力或压力的对数与失效时间对数 的线性回归曲线，从而计算管或管件的长期静水压强度LTHS、 长期静水压压力 LTHP、 静水压设计基 准 HDB、压力设计基准 PDB 等。 5 试样、试验介质、试验条件和试验设备 5.1 试样 试样为玻璃纤维增强热固性树脂管或管件，或玻璃纤维增强热固性树脂管和管件的组合件，玻璃纤 维增强热固性树脂管的尺寸应符合GB/T5351 的规定。 5.2 试验介质 试验介质为水。如经有关各方协商一致，也可采用其他液体介质。 5.3 试验环境 试验介质的温度在所选试验温度的士3℃以内。 5.4 试验设备 具有对试样均匀、连续施加静水内压，能保证试样内的压力值保持在预先确定的静水内压值的 1以内。 6 试验步骤 6.1 对试样编号，按GB/T 5351 测量每个试样的平均外径和最小增强层壁厚。 6.2 将密封装置装卡在试样两端，装卡时应注意不损伤试样，试样端部密封方式宜采用约束端密封方式。 6.3 将装好试样的密封装置与试验设备相连，使试样充满水或其他液体介质,排除空气。 6.4 连续、均匀加压至所选定的应力值或压力值。试验应力值或压力值的选择应确保获得表1规定的 失效点分布。 表 1 失效点分布要求 失效时间 h 失效点数 10～1000 至少4个 1000～6000 至少3个 6000～10000 至少3个 10000以上 至少1个 一 总计至少18个 6.5 记录每个试样的失效时间，失效时间测至士2以内或40 h,取其中较小者。 6.6 按 A.1 规定的方法，根据应力或压力以MPa 为单位的对数和失效时间以 h 为单位的对数，分 析试验结果。同时考虑以下情况 a 如渗漏发生在距密封端一个直径之内，进行如下处理 如果处于95置信下限以上，当作失效点处理； 3 GB/T 324912016 经重装并恢复试验后，使渗漏发生在距试验接头大于一个直径的区域内，记作失效点； 报废，不记为失效点。 b 超过10000 h 仍未失效的试样，在确定回归线时，可作失效点对待。使用这类数据点可能导 致较低或较高的LTHS 或 LTHP。 无论哪种情况，都应满足6.6a关于较低置信度的要求。 c 在同一应力水平1.38 MPa 内或同一压力水平0.138 MPa 内,若干点的平均失效时间 小于0.3 h 时，这些失效点不予采用。 7 试验条件静水压设计基准HDB 7.1 按附录A 计算 LTHS, 指定时间为100000 h 或438000 h。 7.2 按式A.4 计算相关平方和S, 如 S, 大于0,则数据是不可用的。 7.3 按式A.7 计算相关系数r,如果r 小于表A.1 给出的最小值，则数据是不可用的。 7.4 如果需要，可按照表2确定静水压设计基准HDB 等级。 表 2 静水压设计基准等级 单位为兆帕 静水压设计基准等级 LTHS计算值范围 静水压设计基准等级 LTHS计算值范围 17.2 16.5～20.7 86.2 83.0～105.9 21.7 20.8～26.3 110.0 106.0～130.9 27.6 26.4～33.0 138.0 131.0～169.9 34.5 33.1～40.9 172.0 170.0～209.9 43.4 41.0～52.9 217.0 210.0～259.9 55.2 53.0～65.9 276.0 260.0～320.0 68.9 66.0～82.9 一 一 8 压力设计基准PDB 8.1 将上述7.1、7.2和7.3中的应力替换为压力进行计算。 8.2 如需要，可按照表3确定压力设计基准PDB 等级。 表 3 压力设计基准等级 单位为兆帕 压力设计基准等级 LTHP计算值范围 压力设计基准等级 LTHP计算值范围 0.63 0.605～0.760 3.15 3.03～3.83 0.80 0.765～0.990 4.00 3.84～4.79 1.00 0.995～1.18 5.00 4.80～6.04 1.25 1.19～1.51 6.30 6.05～7.68 1.60 1.52～1.98 8.00 7.69～9.58 2.00 1.99～2.38 10.0 9.59～11.8 2.50 2.39～3.02 12.5 11.9～15.3 4 GB/T 324912016 9 HDB 或 PDB 的再认定 9.1 如一种管道产品已有HDB 或 PDB, 在材料、制造工艺、结构或内衬厚度有任何变更时，应按照9.2、 9.3、9.4、9.5和9.6的规定进行评估。 9.2 至少用两组试样确定失效点。在同一应力水平1.38 MPa 以内或同一压力水平0.138 MPa 以内下，每组试样数量不少于3个。获得的失效点按表4规定，包括3000 h 后仍未失效但超过已有 HDB 或 PDB 回归线的试样。 表 4 获得的失效点 每组平均失效时间 h 失效点 10～200 至少3个 大于1000 至少3个 总计 至少6个 9.3 仅用再认定获得的数据，按 A.4 规定计算回归线的95置信限和95预测限。 注预测限针对的是单次测量的范围，而置信限针对的是回归线的范围；95置信限，就意味着回归线的平均值有 2.5的可能性落在置信上限UCL的上方，同时可能有2.5的可能性落在置信下限LCL的下方。95的预 测限，这也意味着单点数据值有2.5的可能性落在预测上限UPL 的上方，同时也可能有2.5的可能性落在 预测下限LPL的下方。 9.4 如果9.2的试验结果满足以下要求，原材料和制造工艺局部更改是可以接受的 a 每个应力或压力水平下的平均失效点如落到或高于已有回归线95置信下限以上。 b 每个应力或压力水平下，最早的失效点落到或高于已有回归线95预测下限以上。 c 失效点分布在已有回归线附近，落在已有回归线以下的失效点数量不超过三分之二。 9.5 如果9.2的试验结果满足以下要求，可考虑用本条取代9.4,原材料和制造工艺局部更改是可以接 受的 a 所有数据点落到已有回归线95置信下限以上。 b 至少两点的失效时间超过3000 h。 9.6 满足9.4或9.5的数据，可以与已有数据一起组成新的数据组，用新的数据组确定新的回归线和 HDB 或 PDB。 9.7 如果数据不能满足9.4或9.5的规定，认为材料和制造工艺发生重大变化，应重新进行试验，在试 验期间，可取下述较低者作为临时的 HDB 或 PDB。 a 按附录 A 的规定，用9.2获得的数据外推至438000 h50 年的95置信下限值。 b 已有回归线在50年时的95置信下限。 10 静水压设计应力HDS 或静水压设计压力HDP 将 HDB 或 PDB 乘以应用设计系数得到静水压设计应力HDS 或静水压设计压力HDP 。 应 用 设计系数的选取应考虑以下条件 a 考虑制造和试验参数，特别是尺寸、材料、铺层、制造工艺以及评定程序的正常变化； b 考虑应用或使用，特别是安装、环境、温度、可能的危害、使用寿命以及所选择的可靠度。 注应用设计系数由设计工程师在充分评估使用条件和考虑具体工程特性后选取。 5 GB/T 324912016 11 试验报告 试验报告应包含以下内容 a 注明依据本标准； b 试样的全部信息，包含材料类型、来源、制造商名称； c 试样尺寸，包括名义尺寸、平均和最小增强层壁厚、平均外径，如果产品有内衬，也包括内衬材 料和内衬厚度； d 端部密封形式； e 试验温度； f 所有试样的试验结果，内容包括应力或压力以MPa 为单位、失效时间以h 为单位、失效 形式以及失效的部位； g 那些在某应力或压力下多于10000 h 未破坏而被作为失效对待的试样应特殊注明； h 确定的 LTHS 或 LTHP; i r 的值； j HDB 或 PDB; k 试验中观察到的各种异常情况； 1 实验室名称和试验人员。 6 GB/T 324912016 附 录 A 规范性附录 长期静水压强度或长期静水压压力的计算 A.1 概述 A.1.1 下面的分析都基于式A.1 的关系式 yabx A.1 式中 y 一个变量； a 在y 轴上的截距； b 直线的斜率； x 其他的变量。 A.1.2 基于大量试验数据，线性回归分析方法有时称为“协方差分析方法”能求出斜率和相关系数。 基于本附录所列公式的有关统计计算软件，可对附录B 中的数据和结果进行确认。 A.1.3 本附录假定试样有50年的使用寿命。 A.2 数据分析步骤 用线性函数关系式来分析 n 组数据值对应y 和x求得如下信息 a 直线斜率b; b 在 y 轴上的截距a; c 相关系数r; d 预测平均值、平均值的95置信下限和预测区间。 A.3 变量的分配 x 取 1gt,t 指时间，以小时h 为单位。让y 取 lgV,V 指应力或压力值。 A.4 函数关系式和计算方法 A.4.1 基础统计符号 n 观察数据值V;,t; 的组数； y;1gV,V; 是观测点ii1,,n 破坏时的应力或压力; T; 1gt;,t; 是观测点ii1,,n 破坏时的时间，单位为小时h; yy; 的算术平均值，按式A.2 计算 A.2 x x;的算术平均值，按式A.3 计算 7 GB/T 324912016 A.3 A.4.2 相关平方和 相关平方和按式A.4～ 式A.6 计算 A.4 A.5 A.6 注如果Szy0,则判定该材料不适合采用此方法。 A.4.3 数据相关性 A.4.3.1 按式A.7 计算相关系数r A.7 A.4.3.2 如果r 小于表 A.1 列出的与n 有关的最小值，则舍弃这些数值；如果大于或等于表A.1 中 的 最小值，则继续A.4.4。 表 A.1 r 的最小值 n2 r的最小值 n-2 r的最小值 11 0.6835 24 0.4952 12 0.6614 25 0.4869 13 0.6411 30 0.4487 14 0.6226 35 0.4182 15 0.6055 40 0.3932 16 0.5897 45 0.3721 17 0.5751 50 0.3541 18 0.5614 60 0.3248 19 0.5487 70 0.3017 20 0.5386 80 0.2830 21 0.5252 90 0.2673 22 0.5145 100 0.2540 23 0.5043 一 一 A.4.4 函数关系式 函数关系式yabx 中的a 和 b,按 式A.8～ 式A.10 计算 A.8 b√λ A.9 8 GB/T 324912016 ay-bx A.10 注由于ylgV,xlgt, 则V10,t10*, 则V 的有关t 的隐式关系式为 V10ab1gt A.4.5 方差计算 A.4.5.1 以破坏时间tɪ 的对数值作为xL, 见 式A.11 9 XLlgtL A.4.5.2 按式A.12～ 式A.14 计算 i1 到 in 真 值x 差方差o ξ[λx;by;-a]/2λ Y;abξ;  A.11 的最佳值ξ,真值y 的最佳值Y; 和x 的误 A.12 A.13 o2[∑y;-Y;λ∑x; 一 ξi]/[λn2] A.14 A.4.5.3 按式A.15～ 式A.17 计算下列参数 tbo/2Sy A.15 D2λbo/nSzy A.16 B-Dx1t A.17 A.4.5.4 计算下列方差 按式A.18 计 算 b 的方差C CD1t A.18 按式A.19 计 算a 的方差A A.19 按式A.20 计算拟合直线在x1. 的方差o2 σA2BxLCxL A.20 按式A.21 计算y 的误差方差 σ2λo A.21 按式A.22 计算y 在xL 的预测值yL 的总方差o oo2o A.22 A.4.5.5 按式A.23 计算预测值yu 的标准差 σy σya2o2⁰.5 A.23 按式A.24 的关系式求出y 在 x₁ 的预测值yL yLabxL A.24 上式中的a 和 b 是通过式A.9 和 式A.10 求得。 A.4.6 计算置信区间 A.4.6.1 按 式A.25 计算yL 的95预测区间的下限yL,0o.95 YL,0.95yL-toy A.25 式中 yL 按 式A.24 计算，其中x₁ 按式A.11 计算； σy 通过式A.23 求得的值； t vn-2 时的t 分布值，见表 A.2。表 A.2 为显著性水平双侧0.05平均士2.5的t 分布值。 GB/T 324912016 表 A.2 t 分布值显著性水平双侧0.05 自由度 n-2 t值 t, 自由度 n-2 t值 tv 自由度 n2 t值 t, 1 12.7062 34 2.0322 67 1.9960 2 4.3027 35 2.0301 68 1.9955 3 3.1824 36 2.0281 69 1.9949 4 2.7764 37 2.0262 70 1.9944 5 2.5706 38 2.0244 71 1.9939 6 2.4469 39 2.0227 72 1.9935 7 2.3646 40 2.0211 73 1.9930 8 2.3060 41 2.0195 74 1.9925 9 2.2622 42 2.0181 75 1.9921 10 2.2281 43 2.0167 76 1.9917 11 2.2010 44 2.0154 77 1.9913 12 2.1788 45 2.0141 78 1.9908 13 2.1604 46 2.0129 79 1.9905 14 2.1448 47 2.0117 80 1.9901 15 2.1315 48 2.0106 81 1.9897 16 2.1199 49 2.0096 82 1.9893 17 2.1098 50 2.0086 83 1.9890 18 2.1009 51 2.0076 84 1.9886 19 2.0930 52 2.0066 85 1.9883 20 2.0860 53 2.0057 86 1.9879 21 2.0796 54 2.0049 87 1.9876 22 2.0739 55 2.0040 88 1.9873 23 2.0687 56 2.0032 89 1.9870 24 2.0639 57 2.0025 90 1.9867 25 2.0595 58 2.0017 91 1.9864 26 2.0555 59 2.0010 92 1.9861 27 2.0518 60 2.0003 93 1.9858 28 2.0484 61 1.9996 94 1.9855 29 2.0452 62 1.9990 95 1.9853 30 2.0423 63 1.9983 96 1.9850 31 2.0395 64 1.9977 97 1.9847 32 2.0369 65 1.9971 98 1.9845 33 2.0345 66 1.9966 99 1.9842 10 GB/T 324912016 表 A.2 续 自由度 n2 t值 t。 自由度 n-2 t值 t, 自由度 n-2 t值 t。 100 1.9840 124 1.9793 148 1.9761 102 1.9835 126 1.9790 150 1.9759 104 1.9830 128 1.9787 200 1.9719 106 1.9826 130 1.9784 300 1.9679 108 1.9822 132 1.9781 400 1.9659 110 1.9818 134 1.9778 500 1.9647 112 1.9814 136 1.9776 600 1.9639 114 1.9810 138 1.9773 700 1.9634 116 1.9806 140 1.9771 800 1.9629 118 1.9803 142 1.9768 900 1.9626 120 1.9799 144 1.9766 1000 1.9623 122 1.9796 146 1.9763 1.9600 A.4.6.2 按式A.26 计算 V 的相应95预测下限 V.,0.9510L.0.95 A.26 A.4.6.3 时间为tL 时 ，V 的预测平均值VL 按式A.27 计算 VL10L A.27 式中 yL 由 式A.24 计算得出。 A.4.6.4 设定式A.22 中的oc2, 将产生一个直线的置信区间，而不是一个未来观察值的预测区间。 11 GB/T 324912016 附 录 B 资料性附录 数据分析及计算举例 B.1 数据分析 B.1.1 环向应力与失效时间的函数关系 B.1.1.1 在试图预测材料的长期静水压强度时，采用环向应力进行数据分析，可以补偿试样尺寸变化 对结果的影响，减少数据的分散。通常，特定产品的 HDS 值一旦确定，由于对各种产品的几何尺寸有 所补偿，该值可有效地预测管状产品的长期工作压力。 B.1.1.2 环向应力只适用于形状简单的管状试样，如管和形状简单的管件。 B.1.2 内压与失效时间的函数关系 将内压作为独立变量，本标准的应用范围可扩大到几何形状复杂、难以进行环向应力计算的其他产 品的使用寿命预测。 B.2 计算举例 B.2.1 基础数据 采用的数据见表B.1 。舍入误差和采用不同统计计算软件，计算结果可能不完全一致。所采用的 统计计算软件应确保 B.2.5的计算偏差在0.1以内。 表 B.1 举例计算的基础数据 数据点 时间 h 应力 MPa 时间的 对数值 应力的 对数值 数据点 时间 h 应力 MPa 时间的 对数值 应力的 对数值 1 9 37.92 0.95424 1.57887 12 589 33.10 2.77012 1.51983 2 13 37.92 1.11394 1.57887 13 669 32.41 2.82543 1.51068 3 17 37.92 1.23045 1.57887 14 684 34.48 2.83506 1.53757 4 17 37.92 1.23045 1.57887 15 878 31.72 2.94349 1.50133 5 104 35.85 2.01703 1.55449 16 1299 33.10 3.11361 1.51983 6 142 35.85 2.15229 1.55449 17 1301 32.41 3.11428 1.51068 7 204 35.85 2.30963 1.55449 18 1430 33.10 3.15534 1.51983 8 209 35.85 2.32015 1.55449 19 1710 33.10 3.23300 1.51983 9 272 34.48 2.43457 1.53757 20 2103 33.10 3.32284 1.51983 10 446 34.48 2.64933 1.53757 21 2220 31.03 3.34635 1.49178 11 466 34.48 2.66839 1.53757 22 2230 30.34 3.34830 1.48202 12 GB/T 324912016 表 B.1 续 数据点 时间 h 应力 MPa 时间的 对数值 应力的 对数值 数据点 时间 h 应力 MPa 时间的 对数值 应力的 对数值 23 3816 32.41 3.58161 1.51068 28 8900 31.72 3.94939 1.50133 24 4110 32.41 3.61384 1.51068 29 10900 31.03 4.03743 1.49178 25 4173 31.72 3.62043 1.50133 30 10920 31.03 4.03822 1.49178 26 5184 30.34 3.71466 1.48202 31 12340 31.03 4.09132 1.49178 27 8900 31.72 3.94939 1.50133 32 12340 31.03 4.09132 1.49178 B.2.2 平方和 Szπ0.798120 Sy8.7681010⁻⁴ Szy0.024815 B.2.3 相关系数 r0.938038 B.2.4 函数关系 λ1.09859410- b-3.3145010- a1.620689 B.2.5 计算方差 D4.8378310-⁶ B-1.4676710-⁵ Cb 的方差5.0082610-6 Aa 的方差4.6631910-⁵ σx 的误差方差4.04296010-5 oy 的误差方差1.159010⁻⁴ B.2.6 置信区间 n32 时 t 值为2.0423,其预测平均值和置信区间下限、预测区间下限见表B.2。 表 B.2 置信区间 时间 h 预测平均值 MPa 置信区间下限 MPa 预测区间下限 MPa 1 41.75 40.43 39.32 10 38.69 37.84 36.60 13 GB/T 324912016 表 B.2 续 时间 h 预测平均值 MPa 置信区间下限 MPa 预测区间下限 MPa 100 35.84 35.37 34.01 1000 33.21 32.91 31.54 10000 30.77 30.33 29.19 100000 28.51 27.84 26.96 438000 27.15 26.35 25.60 14