Flexible pipes take advantage of their ability to move, or deflect, under loads without structural damage. Common types of flexible pipes are manufactured from polyethylene (PE), polyvinyl chloride (PVC), steel, glass fiber reinforced thermosetting polymer plastic (GFRP), and aluminum. In this paper, we present the result of an investigation pertaining to the short-term behavior of buried polyethylene pipe. The mechanical properties of the polyethylene pipe produced in the domestic manufacturer are determined and the results are reported in this paper. In addition, vertical ring deflection is measured by the laboratory model test and the finite element analysis (FEA) is also conducted to simulate the short-term behavior of polyethylene pipe buried underground. Based on results from soil-pipe interaction finite element analyses of polyethylene pipe is used to predict the vertical ring deflection and maximum bending strain of polyethylene pipe.
연성관은 관의 강성과 주변 지반의 강성을 이용하여 외부하중에 저항하는 특성을 가지고 있으며, 기존의 콘크리트 관에 비해 중량이 가볍고, 내구성이 우수하기 때문에 최근 각광받고 있다. 이 연구에서는 대표적인 연성관인 폴리에틸렌 관을 대상으로 지중에서의 거동 특성을 검토하였다. 폴리에틸렌 관은 이중벽관과 다중벽관을 사용하였으며, 폴리에틸렌 관의 구조적 거동은 연성관의 설계기준에서 제시하고 있는 관 직경의 5% 변형을 기준으로 평가하였다. 폴리에틸렌 관은 원강성시험을 통해 관의 재료적 특성을 파악하고, 지중매설 모사실험을 통해 지중에서의 거동 특성을 검토하였다. 또한 지중매설 모사실험 결과를 토대로 유한요소해석모델을 개발하였으며, 개발한 유한요소해석모델과 설계식을 사용하여 지반조건에 따른 폴리에틸렌 관의 거동 특성을 평가하였다. 연구 결과 지중매설 폴리에틸렌 관은 관 자체의 성능과 주변 지반의 다짐 정도가 구조적 성능을 결정하는 주요 인자임을 확인하였다.
The concrete pipe(Hume, PC) and polyethylene(PE) pipe are usually used for dram pipe in local market. Hume pipe, however, is heavy and needs the high cost of construction and PC pipe has a disadvantage to easily occur the deformation by the outside pressure even though it is light and constructible. The corrugated steel pipe coated with polyethylene is used increasedly because it is durable, constructible and economical. However, it is not used for sewage or waste water because it is hard to guarantee the watertight property on the coupling part. In this study, we studied on the flange coupling and the method of its construction to guarantee the watertight property and easy to use. If the developed flange coupling and method are used on a construction field, the economical property, constructible property and structural safety can be guaranteed.
Most of existing buried pipes are composed of reinforced concrete. Reinforced concrete pipes have many problems such as aging, corrosion, leaking, etc. The polyethylene (PE) pipes have advantages to solve these problems. The plastic pipes buried underground are classified into a flexible pipe. National standard that has limited the long-term vertical deformation of the pipe to 5% for flexible pipes including PE pipe. This study presents a prediction for the long-term behavior of the polyethylene pipe based on ASTM D 5365. This prediction method is presented to estimate by using the statistical method from the initial deflection measurement data. We predict the behavior of long-term performance on the double-wall pipe and multi-wall pipe. As a result, it was found that the PE pipe will be sound enough more than 50 years if the compaction of soil around the pipe is more than 95% of the standard soil compaction density.
최근 가스관용으로 압력손실이 큰 동관의 사용은 점차 줄어들고 있는 추세이며, 한편으로는 폴리에틸렌관이 신소재배관재료로서 사용되어 지고 있다. 폴리에틸렌관은 화학적으로 안정성이 높아 부식에 강하고 반영구적으로 사용할 수 있으며, 유연성이 좋아 설치와 유지관리가 편한 장점이 있다. 그러나 외부에 노출되었을 때 쉽게 열화되므로, 주로 저압가스용 매설배관으로서 사용하고 있는 실정이다 그러나 매설배관으로 사용되는 폴리에틸렌관의 사용 중에 발생하는 결함에 대한 비파괴적 평가에 대한 연구는 거의 없다. 본 연구에서는 폴리에틸렌 배관의 건전성을 평가하기 위해 다양한 결함을 상정하여 볼 베어링 충격시험에 따른 음향방출에 의한 신호특성을 평가하였다. 폴리에틸렌 배관의 결함 형상에 따라 파형 및 중심주파수의 구별이 가능하였다. 특히, 노치결함이 있는 경우 노치의 각도와 깊이에 따라 AE신호의 특성이 다르게 나타났다.
High density polyethylene (HDPE) pipe has many advantages over metallic pipe, and has been used in non-safety related application for years in some nuclear power plants (NPPs). Recently, HDPE pipe was introduced into safety related applications. The main difference between safety-related and non-safety-related pipes in NPPs is the design method of extra loadings such as gravity, temperature, and earthquake. In this paper, the mechanical behavior of HDPE pipe under various loads in pipe gallery was studied by finite element analysis (FEA). Stress concentrations were found at the fusion regions on inner surface of mitered elbows of HDPE pipe system. The effects of various factors were analyzed, and the influence of various loads on the damage of HDPE pipe system were evaluated. The results of this paper provide a reference for the design of nuclear safety-related Class 3 HDPE pipe. In addition, as the HDPE pipes analyzed in this paper were suspended in pipe gallery, it can also serve as a supplementary reference for current ASME standard on Class 3 HDPE pipe, which only covers the application for buried pipe application.
Fuel gas is an important energy source that is being increasingly used because of the convenience and clean energy provided. Natural gas is supplied to consumers safely through an underground gas-pipe network made of a polyethylene material. In electrofusion, which is one of the joining methods used, copper wire is used as the heating wire. However, it takes a long time for fusion to occur because the electrical resistance of copper is low. In this study, therefore, electrofusion was conducted by replacing the copper heating wire with carbon fiber to reduce the fusion time and improve the production when joining large pipes. Fusion and tensile tests were performed after the electrofusion joint was made in the polyethylene pipe using carbon fiber. The results showed that the fusion time was shorter and the temperature inside the pipe was higher with an increase in the current value. The ultimate tensile strength of specimens was higher than that of virgin polyethylene pipe, except for polyethylene pipes joined using a current of 0.8 A. The best fusion current value was 0.9 or 1.0 A because of the short fusion time and lack of transformation inside the pipe. Thus, it was shown that carbon fiber can be used to replace the copper heating wire.
A electro-foaming fusion wrap fitting for polyethylene sewer pipe was built and foaming mechanism has been studied. A foaming sheet, supporting sheet and clamping band is assembled into a all-in-one structured electro-foaming fusion wrap fitting. To specify foaming and fusion of electro-foaming fusion wrap for PE sewer pipe, series of fusion tests were performed in various conditions. A parallel plate compression test up to 50 % of inner diameter deflection has been performed to check integrity of fusion quality and it was found that there were no visible signs of crack in wrapped area of fitting. Also air tightness test based on KS M 3511-2 has been performed to evaluate perfectness of wrap fusion quality and we found there were no pressure drop up to 10 times higher value than KS standard regulation.
Polyethylene pressure pipe has been used with a gas pipe material because of workability and stability etc.. Researches on characteristics of polyethylene pressure pipe are carried out, but there are rare. In this study, the tensile test was performed on polyethylene pipe. From the tensile test, AE signals were detected and estimated in real time. Also, the time-frequency analysis of AE signals was analyzed. From test results, PE pipes were displayed typical stress-strain curves oj semi-crystalline polymer. As result analyzed AE signals, could divide stress-strain curves could be divided into four stages. In the elastic region, signals were not detected. Low amplitude distributions of 30-35dB appeared after yielding, and high amplitude distributions of 30-60dB appeared with increased extension. From the time-frequency analysis of AE signals, the frequency band of 100kHz appeared mainly. Also, the frequency band of 300kHz appeared before the necking phenomenon spreads into the whole region, and the frequency band of 500kHz appeared on extension earlier.
This study is to look at the effect for deformation of Polyethylene, on the wave forms produced by tensile test. Signals collected were then classified visually into three types according to their shapes in the time and frequency domain. Each type should contain signals which could be correlated to a certain micro failure mechanism that occurs during the tensile process. The result showed that the acoustic emission method could be effectively used for analysis of fracture mechanism in Polyethylene structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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