配管内の水が凍結した場合、配管が破損するかどうかは何によって決まる？

質問

配管内の水が凍結した場合、配管が破損するかどうかは何によって決まる？
水が凍結して氷になった場合、体積膨張率は約１０％と言うことですが、配管内で凍結した場合、名が手方向については拘束されるので、そのまま氷が自由膨張すると、配管内の断面積がそのまま１０％膨張することになります。計算は省略しますが、結果として半径方向の伸びΔｒ＝０．０１ｒとなります。円周方向長さの伸びについても１％伸びることとなります。
金属の場合、大半は弾性限度が０．２％程度なので、凍結する際に自由膨張すると必ず弾性限度を超えることになってしまいそうです。そこで、以下について知りたいのですが、皆様全問に限らずどれか１つの項目でも、場合によっては論文があればその出展や書籍など手掛かりだけでも結構ですので、お答え頂けないでしょうか。

(1)　金属の容器や配管内で凍結が起こった場合は必ず破壊または比例限度を超えるのでしょうか。
(2)　凍結に対する耐力は配管の肉厚によって決まるのでしょうか。
(3)　材料の０．２％耐力、引張強さ、ヤング率一体どの式が耐性に効いて来るのでしょうか。
(4)　凍結する際に配管に体力があれば自由膨張を抑えることが出来るのでしょうか。

以上断片的で結構ですので、教えて頂いたら助かります。

回答No.1

rukuku · ベストアンサー

こんばんは

専門家ではないので「こんな感じ」位の回答です。

＞凍結する際に配管に体力があれば自由膨張を抑えることが出来るのでしょうか。
可能です。氷も圧縮されれば縮みます。
また、経験上、冬に外の水道管内で水が凍ってしまうことがありますが、それで水道管が破裂したことはありません。

＞(1)　金属の容器や配管内で凍結が起こった場合は必ず破壊または
＞比例限度を超えるのでしょうか
管の内側の原子は氷によって引っ張り方向の応力を受けます。しかし、外側の原子からは圧縮方向の応力を受けています。管の厚さが十分にあれば、管内の水の凍結に耐えられます。