管道应力分析程序使用说明

管道应力分析程序（GLIF）使用说明第一章概述本程序吸收了国内管道应力计算程序和美国2010管道应力计算程序的优点，采用结构程序设计方法，开发的符合《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定（SDGJ6-90）》的程序。

11功能程序计及了内压、自重、外载、设备接口附加位移、冷紧、安全阀排放产生的载荷、以及风载、静力地震载荷等，既能对持续荷载，又能对临时荷载、偶然荷载进行分析计算。

程序可对正常运行条件下的热状态、冷状态，由热至冷及由冷至热状态进行计算。

其中对冷状态考虑了管道运行初期和应变达到自均衡后两种情况。

程序可对水压试验工况进行分析计算。

程序可对异常运行条件下的安全阀排放荷载、风载、地震荷载的静力分析计算。

本程序管道结构分析和应力验算更趋于精细和合理，提高了管道投资的经济性和运行的安全性。

12特点程序的编制，按功能采用模块型结构，使其可读性和可维护性好。

尽量用标准语言而避免采用依赖于机型和硬件的特殊语句，使程序可移植性好。

程序功能强，使用简便，程序对管道的结构没有限制，按管道的设计模型组织数据文件，为CAD绘图创造了良好条件。

输入灵活易学，输出集中简明。

输入数据、输出成果的单位可分别选取工程制和法定单位制。

程序应力验算符合SDGJ6-90标准，为了使用户计算方便、便于掌握程序按照定工况进行组织，可自动检查出输入数据的错误。

减少对错误题目进行运算的可能性，节省时间和费用。

13计算内容a.管道在工作状态下，由持续荷载（即内压、自重等）作用下产生的应力进行验算，计算持续荷载对设备或端点的推力。

b.管道在运行初期工作状态下，计算管道约束装置的荷载及管道对设备（或端点）的推力。

考虑自重、热膨胀、有效冷紧和端点附加位移的影响。

c.管道应变自均衡后在冷状态下，计算管道刚性约束装置的荷载及管道对设备（或端点）的推力。

d.管道由冷状态到工作状态的热位移计算，按管道沿坐标轴的全补偿值和钢材在20℃时的弹性模量计算，并考虑弹簧附加力的影响。

e.管道热膨胀应力范围的验算。

f.管道在运行初期冷状态下，计算管道约束装置的荷载及对设备（或端点）的推力。

g.管道由于冷紧和弹簧附加力作用下的冷位移的计算，以其作为管道约束装置安装调整的一个依据。

h.根据各弹簧约束点的热位移和分配荷载选择弹簧，并给出弹簧的绝对压缩值。

i.对于弹性约束可改变分配荷载。

j.（关于波形补偿器在管系中参与计算的应用。

）k.倾斜管上可设置导向约束装置。

l.直元件可给定单元坐标系下的刚度矩阵。

m.对于弹性约束点可给定弹簧约束装置的型式（含弹簧号、串联数、约束方向）及弹簧的绝对压缩值。

n.持续荷载、临时荷载联合作用下产生的应力进行验算。

o.持续荷载、临时荷载联合作用下，计算管道约束装置的荷载及对设备（或端点）的推力。

p.持续荷载、偶然荷载联合作用下产生的应力进行验算。

q.持续荷载、偶然荷载联合作用下，计算管道约束装置的荷载及对设备（或端点）的推力。

r.弹性约束装置，部分刚性约束装置结构荷载参考值的计算。

14适用范围本程序适用于低碳钢、低合金钢和高铬钢为管材的火力发电厂汽水管道的强度计算。

本程序所计算的管道系统限于在线弹性和小变形范围内。

不限制管道的形状，可计算单分支、树形多分支和环形结构。

管系端点可为自由点、约束点（部分约束或全部约束）、附加位移点。

管系的起始点必须为固定端点。

对于管系中的刚性约束，可允许或不允许在其约束方向有一定的位移或转角。

管道计算模型数据应控制在下列范围内：1.计算工况<=10；2.弹性支吊架给定荷载点数<400；3.单元数<1000；4.三通数<50;5.已知位移端点数<50;6.冷紧点数<50;7.校核坐标点数<50;8.外部荷载点数<50;9.给定位移点数<50;10.给定荷载弹性约束点数<50。

15基本假定●完全弹性假定，认为管系完全由弹性材料组成，服从虎克定律。

●连续性假定，认为管道材料由连续介质组成，材料的物理量，能够用位移坐标的连续函数来表示。

●均匀性假定，认为整个材料具有相同的弹性性质。

●多向同性假定，认为材料内任意一点的弹性性质在各个方向都是相同的。

小变形假定，认为管道在外载作用下而产生的变形，与管道尺寸规格相比是微小的。

在进行管道静力计算时，管道材料应符合上述基本假定。

16程序定义i.一般定义力：广义力（力向量、力矩向量）；位移：广义位移（线位移、角位移）；数据项：由连续的字母数字组成；记录：由一行若干个数据项组成；文件：若干个记录的集合。

ii.荷载定义持续荷载：由压力、自重（管道、零部件、阀件、保温结构等引起）的荷载。

临时荷载：水压试验时的水重荷载。

偶然荷载：安全阀排放荷载、风荷载、静力地震荷载、汽锤和水锤荷载等。

iii.结构定义单元：独立填写结构尺寸的元件（直元件、弯元件、阀门元件等）。

端点：管系内只与一个单元相接的点。

固定点：管系中由中间固定装置限制六个方向自由度的点。

节点：单元与单元的交接点。

连接点：三个或三个以上元件的交接点。

约束点：管系中装有约束装置的节点。

管段：由计算者编号的节点间的单元组成。

先编号点为其始端，后编号点为其末端。

分支：端点与连接点之间，连接点与连接点之间，连接点与固定点之间，固定点与固定点之间，固定点与端点之间的管道单元组成，可能为一个单元或多个单元组成。

管系：统一进行结构分析计算的分支的集合，可由一个分支或多个分支组成。

尺寸标法：尺寸标法有两种：一种标法是直单元长度不含弯单元弯曲半径（见图1）；另一种标法是直单元长度包含弯单元弯曲半径（见图2）。

iv.坐标定义总体坐标系：管系中所有单元都遵守的统一坐标。

坐标按照右手定则确定X、Y、Z三个方向的顺序。

单元坐标系：只针对单元本身的坐标系。

设管系的总体坐标系为XYZ，单元坐标系为X1Y1Z1，与管道走向相同。

17其他辅助工具软件本软件在电力系统应用较广，各院使用人员为本软件配套了一些工具软件，使其应用更加灵活，形成了一个完善体系，下面简单列举这些软件：1．材料统计该程序是江苏院编制的，主要功能是交互式统计材料，也可以读取本程序的原始数据文件进行材料统计并生成报表。

2．数据检查u该程序是广东院开发编制的，对原始数据进行减错，该软件能够检查出大多数数据错误，为用户创造了良好的应用条件。

3．管道及支吊架一体设计软件包该软件是由东北院机务处张越开发的，其能够由本软件的原始数据生成立体图，也可以由本软件的分析结果文件生成立体图、平断面图、支吊架图，并有交互式修改功能和相应的表格（以Auto CAD为支撑）。

4．管道设计软件该软件是由华北院，与专业软件公司联合开发的。

能进行三维管道设计，并可以和其软件包中其他专业软件建立模型合并（如土建结构、设备等），进行碰撞检查，与本计算软件有输入输出接口，实现了设计计算一体化（既可以由计算产生图形，也可以由图形生成计算），具有从模型生成ISO图，平面图的功能。

具有进行材料统计并生成报表的功能。

（以MICROSTATION为支撑）。

5．输出数据处理该软件是东北院开发的，可由本软件生成辅助输出文件进行数据处理，可进行查询（可查询某工况下力、位移、应力、推力等）、检索（检索支吊点最大应力、反力、位移等），计算（可计算固定支吊架的结构荷载，计算最小保证坡度，偏装等），报警（向上的支反力、弹性支吊架位移很小、位移尺寸大等），报表等功能。

6．输入输出数据处理该软件是江苏院开发的，可辅助用户方便地生成原始数据，并可以由本软件生成辅助输出文件，进行数据处理。

可进行查询（可查询某工况下力、位移、应力、推力等）、检索（检索支吊点最大应力、反力、位移等），计算（可计算固定支吊架的结构荷载，计算最小保证坡度，偏装等），报警（向上的支反力、弹性支吊架位移很小、位移尺寸大等），报表等功能。

以上软件都可以在微机上运行。

第二章程序工况说明本程序按固定的十个工况进行分析，按不同条件分别进行组合，由于工况较多，用户在使用前有必要搞清工况的计算内容。

下面对不同工况进行必要的说明：工况1：模拟管道运行状态，对选定的支吊架分配承重荷载，并进行一次应力验算；其前提条件是热态吊零，为分配承重荷载，将弹性支吊架刚度置为刚性支吊架刚度。

计算内容：分配承重荷载、计算一次应力、计算分配的承重荷载下的端点推力。

工况2：模拟管道运行初期由冷到热的变化过程，此时将弹性支吊架的刚度置为零，不计自重，计入端点附加位移和2/3有效冷紧，计算结果叠加工况1分配的荷载。

计算内容：支吊架的工作荷载，端点的初热推力。

工况3：管道工作状态下由热到冷的过程，进行反复地弹簧选择计算，弹性支吊架的刚度置为选定的弹簧刚度，不计自重，计入端点的附加位移，进行二次应力验算，计算出的位移经反向输出即为热位移。

计算内容：选弹簧、热位移、松冷推力、固定支架松冷荷载（发生松弛的管道才有）。

工况4：模拟运行初期的冷态工况，此时将弹性支吊架的刚度置为零，计入弹簧附加力，不计自重，计入冷紧，计算结果叠加工况1的分配荷载。

计算内容：冷位移、初冷推力、支吊架的安装荷载和结构荷载。

工况5：弹性支吊架的刚度置为选出的弹簧刚度，不计自重，计入偶然荷载作用计算的荷载、推力，与工况2计算的荷载、推力叠加，作为偶然荷载作用时的荷载、推力。

计算的位移，与工况3计算的位移叠加，作为偶然荷载作用时的位移，计算的应力与工况1计算的一次应力叠加，进行偶然荷载作用时的应力计算与验算。

计算内容：偶然荷载作用下的位移、推力、支吊架荷载、应力。

弹性支吊架的刚度置为选出的弹簧刚度，不计自重，计入地震和风荷载作用计算的荷载、推力，与工况2计算的荷载、推力叠加，作为地震和风荷载作用时的荷载、推力。

计算的位移，与工况3计算的位移叠加，作为地震和风荷载作用时的位移，计算的应力与工况1计算的一次应力叠加，进行地震和风荷载作用时的应力计算与验算。

计算内容：地震和风荷载作用下的位移、推力、支吊架荷载、应力。

工况7：弹性支吊架的刚度置为刚性支吊架刚度，不计自重，计入超温超压作用，进行超温超压时的应力计算与验算。

计算内容：超温超压时的应力计算与验算。

工况8：弹性支吊架的刚度置为选出的弹簧刚度，不计自重，计入超温超压作用，计算的超温超压荷载作为计算的荷载、推力，与工况2计算的荷载、推力叠加，作为超温超压荷载作用时的荷载、推力。

计算的位移，与工况3计算的位移叠加，作为超温超压荷载作用时的位移，计算的应力与工况3计算的热胀、工况7计算的应力叠加，进行超温超压荷载作用时的应力计算与验算。

计算内容：超温超压作用下的位移、推力、支吊架荷载、应力。

弹性支吊架的刚度置为刚性支吊架刚度，计入自重和水重。

进行水压试验时的应力验算。

计算内容：水压试验时的应力计算与验算。

工况10：弹性支吊架的刚度置为0，不计自重，计入冷紧作用，计算的荷载、推力与工况9计算的荷载、推力叠加作为水压试验时的荷载、推力。