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3第三章压力管道总论及明钢管讲解
黑龙江大学水利电力学院 考虑到钢管管壁厚度的制造误差以及钢管运行中的磨损和锈蚀,管壁厚度δ应比计算厚度至少增加2mm的厚度欲量;对泥沙磨损、腐蚀较严重的钢管,还应专门论证。 实际工程中,对于不同管径的管壁最小结构厚度应不小于6mm,且同时满足下式条件: 3.7 明钢管的结构分析 3.7 明钢管的结构分析 所以,初估时 注意:计算应力时用计算厚度,计算荷载时用结构厚度。 (锅炉公式) 黑龙江大学水利电力学院 3.7 明钢管的结构分析 3.7 明钢管的结构分析 二、钢管应力分析 4 4 2 2 3 3 1 1 t 明管敷设在一系列支墩上,支座处的管壁常加支承环,为保持管壁的抗外压稳定,有时支承环间需设加劲环。管壁应力计算一般选四个控制断面,即:跨中断面1-1;支承环旁管壁膜应力区边缘,断面2-2;加劲环及其旁管壁,断面3-3;支承环及其旁管壁,断面4-4。如下图所示。 黑龙江大学水利电力学院 3.7 明钢管的结构分析 3.7 明钢管的结构分析 (一)跨中断面1-1的管壁应力 跨中断面的特点是弯矩最大,剪力等于零 内壁径向压应力为 ,渐变到管外壁为0。 说明:计算中拉应力为正,压应力为负; 由于 比 小得多,一般计算中可忽略。 1.径向应力σr 2.环向应力σθ1 (锅炉公式) 黑龙江大学水利电力学院 3.7 明钢管的结构分析 3.7 明钢管的结构分析 3.轴向应力σx (1) 由轴向力引起的轴向应力σx1 (2) 轴向应力σx2 式中:F 为管壁断面积; 为轴向力荷载之和。 注意:计算时,若A 为压力,则A 前加负号。 地面式压力钢管可看作为一多跨简支梁。计算简图如下。 黑龙江大学水利电力学院 3.7 明钢管的结构分析 3.7 明钢管的结构分析 黑龙江大学水利电力学院 3.7 明钢管的结构分析 3.7 明钢管的结构分析 由材料力学可画出弯矩图和剪力图。 最大弯矩为 (支座处为负,跨中为正)。 最大剪力在支座处为 ,跨中为0。 式中: 为抗弯模量 黑龙江大学水利电力学院 3.7 明钢管的结构分析 3.7 明钢管的结构分析 (二)支承环旁管壁膜应力区边缘,断面2-2的管壁应力 为钢管断面计算点以外面积对中心轴的面积矩, 式中: 为钢管断面惯性矩, 为受剪断面净宽度, 黑龙江大学水利电力学院 3.7 明钢管的结构分析 3.7 明钢管的结构分析 说明:1)在非跨中断面,剪应力 在横截面上分布不均匀, 在顶点和底点( 和 )为零。 2)在跨中断面,∵ , (整个横截面上) 断面2-2其它正应力均与断面1-1相同。 黑龙江大学水利电力学院 3.7 明钢管的结构分析 3.7 明钢管的结构分析 (三)加劲环及其旁管壁,断面3-3的管壁应力 (1)计算假定 1)在计算中,只考虑内水压力P,其它荷载不考虑。 (因为水电站压力钢管荷载中内水压力占95%) 2)刚性环对管壁变形的影响范围较小(弹性理论) 影响长度: 对 t 范围以外部分,不存在局部应力的影响,仍按光滑管计算。 黑龙江大学水利电力学院 3.7 明钢管的结构分析 3.7 明钢管的结构分析 刚性环净断面 刚性环有效断面 3) (2)求内力M和V 钢管受内水压力作用,在环与钢管交界处将产生均匀分布的径向剪力H 和弯矩M,根据弹性理论 其中: 黑龙江大学水利电力学院 3.7 明钢管的结构分析 3.7 明钢管的结构分析 黑龙江大学水利电力学院 3.7 明钢管的结构分析 3.7 明钢管的结构分析 在内水压力作用下,管壁径向变位如图,则 1)根据弹性理论得: 黑龙江大学水利电力学院 3.7 明钢管的结构分析 3.7 明钢管的结构分析 ∵ 即 ∴ 2)求 : 3)求 :方法同上 ∵ 刚性环处环向拉应力 ∴ 黑龙江大学水利电力学院 3.7 明钢管的结构分析 3.7 明钢管的结构分析 将 、 、 代入 得: 再将 代入,可推得 ∴ 式中: 称为刚性环刚度系数, 黑龙江大学水利电力学院 3.7 明钢管的结构分析
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