供热管道的应力计算.pptVIP

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由温升引起的轴向热胀压应力,可按下式计算: MPa (14-19) 式中α-钢材的线膨胀系数,m/m·℃; E-钢材的弹性模数,N/mm;(MPa)I t1-供热管道的最高温度,℃I t2-供热管道的安装温度,℃。 总轴向应力σax为: MPa (14-20) 在计算两向应力作用下,按第四强度理论,采用米基斯(Von Mises)塑性条件,管道在弹性状态下运行的应力验算条件的表达式应为: MPa (14-21) 式中σeq-当量应力强度,作为应力验算的对比值,MPa; [σ]jt-钢材在温度t下的许用应力,MPa; 1.35-考虑土壤不可能将管道完全嵌固而释放部分应力的因素,将许用应力增大进行应力验算的系数。 . 2.弹塑性分析法(安定性分析法)进行应力验算 根据前述原理,可以在设计时采用更高的当量应力强度值,其应力验算条件为小于3倍许用应力值。即: MPa (14-22) 采用应力分类法进行应力验算时,需要仔细分析管道的各项应力。 资料给出嵌固段直管的各项应力为: MPa (14-23) MPa (14-24) MPa (14-25) 式中σtan’ -由内压力产生的管壁环向平均应力(一次应力), MPa; P-管道的内压力(表压),MPa Dn-管道内径,mm , δ-考虑管壁减薄后的管壁厚度,mm; · σax’ -由内压产生的轴向泊桑拉应力,MPa ν-泊桑系数,对钢材ν =0.3, σaxt-由温升引起的轴向热胀应力,MPa. σb -管子连接处考虑边缘应力的应力附加值,MPa t1-管道最高工作温度,℃; t3-管道循环升温、降温下的冷却终温,℃。 二、供热管道直埋敷设沿管线轴向力的分布规律 图14-6 轴向力分布示意图 左图表示一端有补偿器的直埋敷设管段。在管道升温时,向补偿器方向伸长,受到补偿器阻力Pbu(摩擦力或弹性力)和土壤与管道外壳的摩擦力Pm的阻碍。在离补偿器自由端L(m)远处,土壤与管道外壳形成的总摩擦力,可按下式计算: N (14-27) 式中 Pf -每米管长与土壤的摩擦力,N/m。 上图中,Ⅱ-Ⅱ断面左侧管段因受热膨胀而移动,称为过渡段,Ⅱ-Ⅱ断面右侧管段受土壤约束,管段伸长完全受阻,称为嵌固段。过渡段和嵌固段的分界点称为锚固点。过渡段上任一截面的轴向力: N (14-28) 嵌固段上任一截面的轴向力: N (14-29) 采用弹性分析法进行管道应力验算和设计时,式(14-29)中的At最大值不得超过上述的(t1-t2)max值。如网路供水温度t1与安装温度t2差值大于屈服温度ty与安装温度t2之差,即(t1-t2)(ty-t2),由于管子已进入屈服状态,管段出现应变伸长,但应力不再增加,故式中的?t最大值,取?t=?ty=(ty-t2)值来计算最大轴向力。 屈服温差?ty值,可根据屈斯卡(Tresca)塑性条件公式求出。 ℃ (14-30) 式中σs-管材的屈服极限,MPa。 其它代表符号同前。 沿管线轴向力分布,见图14-6实线所示。在过渡段,轴向力分布为一斜直线。在嵌固段,轴向力分布为一水平直线 三、摩擦系数与单位长度摩擦力 在通常埋设深度(管顶覆土1.5m以内)条件下,假设土壤作用在管道的垂直压力与侧压力相同,单位长度摩擦力可用下式进行计算(见

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