钢管应力校核1.0
压力管道强度校核计算表
工程名称：项目号：版次：设计单位：项目负责：设计：校核：审核：工业及热力管道壁厚计算书1直管壁厚校核1.1计算公式：根据《工业金属管道设计规范》（GB50316-2000）6.2中规定，当直管计算厚度t s 小于管子外径D o 的1/6时，承受内压直管的计算厚度不应小于式（1）计算的值。
设计厚度t sd 应按式（2）计算。
[]()PYE PD t j tos +=σ2 （1）C t t s sd += （2）21C C C += （3）式中 s t —直管计算厚度（mm ）；P —设计压力（MPa ）； o D —管子外径（mm ）；[]t σ—在设计温度下材料的许用应力（MPa ）；j E —焊接接头系数；sd t —直管设计厚度（mm ）；C —厚度附加量之和（mm ）； 1C —厚度减薄附加量（mm ） 2C —腐蚀或腐蚀附加量（mm ）Y —计算系数设计压力P ：P=2σt/（D-2tY）Y=0.4--0Cr18Ni9式中设计温度为常温，一般取50℃，[]tσ根据《工业金属管道设计规范》（GB50316-2000）附录A金属管道材料的许用应力表A.0.1进行选取，故20#为130MPa，0Cr18Ni9为128.375 MPa。
E取值是根据《压力管道规范-工业管道第2部分：材料》j（GB/T20801.2-2006）表A.3，故20#和0Cr18Ni9的取值都为1。
Y根据《工业金属管道设计规范》（GB50316-2000）表6.2.1进行选取，故20#和0Cr18Ni9的取值都为0.4。
1.2常用低压管道计算厚度1.3常用高压管道计算厚度1.4厚度附加量(1).C1厚度减薄附加量（mm），取钢管允许厚度负偏差。
根据《流体输送用不锈钢无缝钢管》（GB/T14976-2002）规定：热轧（挤、扩）钢管壁厚＜15mm时，普通级允许厚度负偏差（12.5%δ）高级允许厚度负偏差（12.5%δ）；热轧（挤、扩）钢管壁厚≥15mm时，普通级允许厚度负偏差（15%δ）高级允许厚度负偏差（12.5%δ）；冷拔（轧）钢管壁厚≤3mm时，普通级允许厚度负偏差（14%δ）高级允许厚度负偏差（10%δ）；冷拔（轧）钢管壁厚＞3mm时，普通级允许厚度负偏差（10%δ）高级允许厚度负偏差（10%δ）。
油气输送管道穿越管段计算要点
油气输送管道穿越管段计算要点1.1.1穿越段钢管的壁厚应按下式计算确定，钢管外径与壁厚之比不应大于100。
2[]PDδσ（3.2.1）式中：δ——钢管计算壁厚（mm ）；P ——输送介质设计内压力（MPa ）； D ——钢管外径（mm ）；[]σ——输送钢管许用应力（MPa ）。
1.1.2 钢管的许用应力应按下式计算。
Φ []s σF t σ＝ （3.2.2）式中：[]σ——输送油气钢管的许用应力（MPa ）；s σ——钢管的规定最小屈服强度（MPa ）； Φ——钢管焊缝系数，符合本标准3.1.6条要求标准的钢管，Φ取1.0； t ——温度折减系数，当设计温度小于120℃时，t 值取1.0；F ——强度设计系数，按表3.2.2取值。
表3.2.2强度设计系数注：1 穿越渡槽、桥梁、古迹可视其重要性参照水域穿越选取设计系数；2 输气管道地区等级划分应符合现行国家标准《输气管道工程设计规范》GB50251的有关规定。
1.1.3穿越管段计算的作用应包括永久作用、可变作用和偶然作用，并应按下列规定计算： 1永久作用应包括输送介质内压力、管道及其结构自重、输送介质自重、管周土压力、静液压力、浮力、强制弹性变形产生的变形应力；2可变作用应包括动水压力、车辆荷载、温度作用、检修荷载、试压充水压力、试压充水荷载、清管荷载、施工荷载；3 偶然作用，包括地震作用及其他可能发生的偶然作用。
1.1.4穿越管段应根据穿越管道上可能发生的工作状况，按主要组合、附加组合、特殊组合进行运营、施工阶段不同设计工况的作用组合，取其最不利工况组合进行设计。
主要组合应为运营阶段永久作用与可能发生的可变作用的组合；附加组合应为施工阶段永久作用与可能发生的可变作用的组合；特殊组合应为运营阶段永久作用与偶然作用及可能发生的可变作用的组合。
1.1.5 穿越管段应根据设计选用壁厚和管材等级，核算强度、刚度及稳定性。
1.1.6穿越管段的应力计算应符合下列规定：1 内压产生的环向应力应按下式计算：σℎ=Pd 2δ（3.2.6-1）2 内压产生的轴向应力应分别按式（3.2.6-2）与式（3.2.6-3）计算： 1）当管段轴向变形受约束时，：h ap μσσ= （3.2.6-2）2）当管段轴向变形不受约束时：h ap σσ5.0= （3.2.6-3）3 温度变化产生的轴向应力应按下式计算：)(21t t E s at -=ασ （3.2.6-4）4 弹性敷设产生的弯曲应力应按下式计算：RDE s be 2±=σ （3.2.6-5）5 轴向荷载产生的轴向应力应按下式计算：ANax =σ （3.2.6-6） 6 隧道内管段架空敷设时，荷载作用下产生的应力计算应符合下列规定： 1）弯矩产生的弯曲应力应按下式计算：WMbm ±=σ （3.2.6-7） 2）挠度产生的轴向应力应按下式计算：2244f L Df E s af +=σ （3.2.6-8）3）剪力产生的最大剪应力应按下式计算：（3.2.6-9）AV2=τ式中：σh ——管段内压或外压产生的环向应力（MPa ）；σap ——管段内压产生的轴向应力（MPa ）； σat ——温度变化产生的轴向应力（MPa ）； σbe ——弹性敷设产生的弯曲应力（MPa ）； σbm ——弯矩产生的弯曲应力（MPa ）； σaf ——挠度产生的轴向应力（MPa ）； σax ——轴力产生的轴向应力（MPa ）； τ ——剪力产生的最大剪应力（MPa ）； P ——穿越管段所受的内压或外压（MPa ）； d ——钢管内径（mm ）；——钢管外径（mm ）；δ ——钢管壁厚（mm ）；E s ——钢材的弹性模量，取2.1×105（MPa ）； μ ——钢材的泊桑比，取0.3；α ——钢材的线膨胀系数，取1.2×10-5[m/（m·℃）]； t 1 ——管道安装闭合时的环境温度（℃）； t 2 ——穿越管段输送介质温度（℃）； R ——管段弹性敷设曲率半径（mm ）； N ——外荷载产生的轴力（N ）； A ——钢管的截面面积（mm 2）；M ——架空管段荷载作用下产生的弯矩（N·mm ）； W ——钢管的净截面抵抗拒（mm 3）f ——架空管段荷载作用下产生的最大挠度（mm ）； L ——架空管段跨度（mm ）；V ——架空管段荷载作用下产生的剪力（N ）。
钢管应力分析综合计算表V1.0
在下列温度下的许用应力 / MPa ≤20℃ 9 100℃ 10 150℃ 11 200℃ 12 250℃ 13 300℃ 14 350℃ 15 400℃ 16 425℃ 17 450℃ 18 475℃ 19 500℃ 20
113 130 110 112 112 111 130 130 131 131 137 137 137 163 163 170 170 133 128 122 128 147 147 141 147 150 150 122 116 157 157 137 137 137 137 137 137 137 137
bh
钢பைடு நூலகம் 标准号
常用钢管许用应力 (GB150 表 A.0.1)
使用状态 厚度/mm 常温强度指标 σ b / MPa σ s / MPa 待定温度下的许用应力 t/℃ σ t / MPa
炭素钢钢管（焊接管） Q235-A Q235-B 20# 10# 10# 10# 20# 20# 20# 20G GB/T14980 GB/T13793 GB/T13793 GB9948 GB6479 GB/T8163 GB3087 GB/T8163 GB3087 GB9948 GB6479 GB5310 GB6479 GB/T8163 GB6479 热轧、正火 热轧、正火 热轧、正火 热轧、正火 热轧、正火 热轧、正火 正火 δ ≤12 δ ≤12.7 δ ≤16 δ ≤15 16～40 δ ≤26 δ ≤15 16～40 δ ≤15 16～26 δ ≤16 δ ≤16 17～40 δ ≤15 16～40 δ ≤16 17～40 δ ≤16 δ ≤16 17～40 δ ≤16 δ ≤16 δ ≤16 17～40 δ ≤16 δ ≤16 17～40 δ ≤16 17～40 正火加回火 δ ≤16 17～40 δ ≤18 δ ≤14 δ ≤18 δ ≤14 δ ≤18 δ ≤14 δ ≤18 δ ≤18 375 390 330 335 335 333 390 390 392 392 410 410 410 490 490 510 510 400 410 410 410 440 440 440 470 450 450 390 390 470 470 235 235 205 205 195 196 245 235 245 226 245 245 235 320 310 350 340 240 205 195 205 235 235 225 255 280 270 195 185 295 285 385℃ 89.900 20℃ 220℃ 220℃ 133.000 98.600 95.600 150℃ 85℃ 85℃ 85℃ 85℃ 130.000 130.000 130.188 130.188 137.000
管道应力分析中几个问题的探讨
管道应力分析中几个问题的探讨摘要：在进行管道设计时，首先要考虑满足工艺要求，还应使管道的设计既经济合理又安全可靠，管道应力分析是实现这一目标的手段和方法。
针对相关规范的理解和支架设计技巧，结合长期的设计经验和应力分析理论，提出了管道应力分析相关需要注意的几个问题。
关键词：管道应力；安装温度；弹簧设计；汽轮机；再沸器；偶然工况Zhou Xiaobing, Fei Ke（China Wuhuan Engineering Co.，Ltd, Wuhan Hubei 430223）Abstract::, Pipeline design should firstly meet the process requirements, also should be economical，reasonable，safe and reliable, pipeline stress analysis is the means and methods to achieve this goal. According to the understanding of related codes and stress analysis theory, combined with the experience in the piping arrangement and support design, the author presents some issues about piping stress analysis.Key words: Pipeline stress; ambient temperature; Spring design; turbine; reboiler; Occasional case一、管道应力分析中如何定义安装温度国内工程公司管道应力分析专业通常规定：管道应力分析的安装温度，依据建设项目所在地的气象环境和安装时间及业主的特殊要求来确定，如无特殊规定，则管道安装温度取21℃。
压力钢管结构计算和抗外压稳定校核
压力钢管结构计算和抗外压稳定校核1.计算原则：① 钢管结构在弹性状态下工作；② 除对钢管结构进行强度计算外，还要对钢管进行抗外压稳定校核； ③ 计算中不计地震力及弯段水流的离心力； ④ 钢材为普通碳素钢，即主炉3号镇定钢（A 3）； ⑤ 焊接系数采用0.9，超声波检查率为100%； ⑥ 管壁厚度计算中，钢管允许应力为0.55σs ×75%。
2. 计算工况： （1）计算荷载：① 2180.0m 正常蓄水位时静水压力；② 2180.0m 正常蓄水位时机组丢弃全部负荷的正水锤压力; ③ 钢管的自重; ④ 管内的水重; ⑤ 温度荷载;⑥ 管道放空时通气设备造成的负压。
（2）荷载组合：工况一：①＋②＋③＋④＋⑤ 工况二：⑥3. 钢管管壁厚度的计算 ① 管壁厚度按锅炉公式计算：式中 δ—管壁厚度（mm ）H —包括水击压力值的设计水头 （m ）；[]ϕσδHD50=D —钢管内径（m）；[σ] —钢材允许应力，[σ]=0.55σs×75% （kg/cm2）,σs=2400kg/cm2;φ—接缝坚固系数，φ取0.9。
②由上式计算得到的管壁计算厚度，在满足钢管抗外压稳定的条件下，再加上2mm的锈蚀及磨损厚度，即为钢管管壁选用厚度。
计算成果见表1.3.2。
钢管管壁厚度计算成果表表1.3.2项目管段设计水头（m）钢管内径（mm）计算壁厚（mm）选用壁厚（mm）取水口~M段53.088 1500 4.5 14M~M1段87.287 1500 7.3 14M1~N1段119.434 1500 10.05 14 N1~机组导叶前120.752 1250 8.5 12 4．管壁抗外压稳定校核钢管管壁厚度除应满足强度要求外，还需满足稳定性要求，管壁维持稳定的最小厚度为：对于φ1500管径对于φ1250管径130D≥δ54.11130150014=≥=δ62.9130125012=≥=δ故壁厚均满足抗外压稳定要求，即钢管在外部压力作用，若管内出现负压也不会失稳。
圆钢、钢管的强度校核教程文件
圆钢、钢管的强度校核一、纯拉伸圆钢的强度校核已知：有一根45号圆钢，外径50mm ,长300 mm。
受力情况如下图：P=500Kgf求：校核圆钢强度。
解：1、分析危险截面。
危险截面是截面最小的面，显然圆钢的任意截面相等。
2、危险截面所受的拉力为：P=9.8×500=4900N危险截面受拉力作用下的正应力：表1-1-95，在1-125页。
Pσ= ≤σpAσ--------正应力。
P--------拉力。
A--------截面面积。
A=πR2σ= F÷S= 4900÷(πR2) =4900÷(3.14×252) =2.5N/mm2=2.5 (Mpa)σp--------许用正应力。
查表4-1-57，在4-59页。
查得σp=600Mpaσ≤σp圆钢强度足够。
二、纯拉伸钢管的强度校核已知：有一根45号钢管，外径50mm ,内径40 mm ,长300 mm。
受力情况如下图：P=500Kgf求：校核钢管强度。
解：1、分析危险截面。
危险截面是截面最小的面，显然钢管的任意截面相等。
2、危险截面所受的拉力为：P=9.8×500=4900N危险截面受拉力作用下的正应力Pσ= ≤σpAσ--------正应力。
P--------拉力。
A --------面积。
A=π（R12- R22)σ= F÷S= 4900÷［π（R12- R22) ］=4900÷［3.14（252- 202)］=6.94 (Mpa)σp--------许用正应力。
查表4-1-57，在4-59页。
查得σp=600Mpaσ≤σp钢管强度足够。
三、纯弯曲圆钢的强度校核已知：有一根45号圆钢，外径50mm ,长900 mm。
受力情况如下图：F=500Kgf求：校核圆钢强度。
解：1、分析危险截面。
危险截面是弯矩最大的面，显然是管得中心处，F处的截面。
2、危险截面所受的弯矩为：M=（F÷2）×（820÷2）=（9.8×500÷2）×（820÷2）=1004500N.mm弯矩作用下的正应力Mσ= ≤σpW公式在表1-1-95，在1-125页。
钢管压力等级
管道压力等级压力管道的组成件一般都是标准件，因此压力管道组成件的设计主要是其标准件的选用，管道压力等级的确定也就是其标准件等级的确定。
管道的压力等级包括两部分:以公称压力表示的标准管件的公称压力等级；以壁厚等级表示的的标准管件的壁厚等级。
管道的压力等级：通常把管道中由标准管件的公称压力等级和壁厚等级共同确定的能反映管道承压特性的参数叫做管道的压力等级。
而习惯上为简化描述，常把管道中管件的公称压力等级叫做管道的压力等级。
压力等级的确定是压力管道设计的基础，也是设计的核心。
它是压力管道布置、压力管道应力校核的设计前提条件，也是影响压力管道基建投资和管道可靠性的重要因素。
5.1 设计条件工程上，工艺操作参数不宜直接作为压力管道的设计条件，要考虑工艺操作的波动、相连设备的影响、环境的影响等因素，而在工艺操作参数的基础上给出一定的安全裕量作为设计条件。
这里所说的设计条件主要是指设计压力和设计温度。
管道的设计压力：应不低于正常操作时，由内压(或外压)与温度构成的最苛刻条件下的压力。
最苛刻条件：是指导致管子及管道组成件最大壁厚或最高公称压力等级的条件。
设计压力确定：考虑介质的静液柱压力等因素的影响，设计压力一般应略高于由(或)外压与温度构成的最苛刻条件下的最高工作压力。
a. 一般情况下管道元件的设计压力确定一般情况下，为了操作上的方便，在此不妨采用压力容器的做法，即在相应工作压力的基础上增加一个裕度系数。
表5-1 一般情况下管道元件的设计压力确定b. 管道中有安全泄压装置时，管道中有安全泄压装置时预示着该管道在运行过程中有出现超出其正常操作压力的可能。
设置安全泄压装置(如安全阀、爆破片等)的目的，就是在系统中出现超出其正常操作压力的情况时，能将压力自动释放而使设备、管道等系统的硬件得到保护。
此时管道的设计压力应不低于安全泄压装置的设定压力。
c. 管道中有高扬程的泵对于高扬程的泵，尤其是往复泵，在开始启动的短时间内，往往会在第一道切断阀之前的管道和泵内产生一个较高的封闭压力，有时这个封闭压力会达到一个很大的值。
钢管式平衡梁应力校核书
钢管厚度δ= 钢管长度L= 平衡梁额定能力G=
φ426×10 钢管 426 mm 10 mm
10000 mm 100 T
二
平衡梁计算参数
钢管内径d= 钢管自重b= 钢管截面积A= 钢管抗弯模量W= 钢管回转半径r= 绳索受力点偏心距e=(D-δ)/4= 钢管单位重量ρ= GB150，20#钢管许用应力f=
查表，由λ，得到：φ= 5、平衡梁的轴向压应力N
N=(G/2)×tan(30°）= 5、平衡梁的轴向压应力σ1
σ1=N/（φ×A）= 6、平衡梁的弯曲应力σ2
σ2=M/W=N×e/W= 7、平衡梁自重弯曲应力σ3
σ3=1/2*(1/2*L)^2*ρ/W= 8、平衡梁组合应力σ
σ=σ1+σ2+σ3=
F N
20000 mm
135 0.371 282902 N
58.3 Mpa 22.2 Mpa
9.5 Mpa 90.0 Mpa
四
结论：
由于, σ=
90.0 <[130]Mpa
故平衡梁是安全的
406 mm 1.026 T 13069 mm2 1328040 mm3 147.1 mm 104.0 mm 0.103 Kg/mm
130 Mpa
三
稳定性计算
1、平衡梁的受力状态图
G/
2、平衡梁的计算长度L1 L1=L×μ=
注：钢管横向两端自由，计算长度系数μ=2 3、平衡梁的长细比λ
λ=L1/r= 4、平衡梁的稳定性系数φ
钢管应力计算
第一章总则第1.0.1条管道应力计算的任务是：验算管道在内压、自重和其它外载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时所产生的二次应力，以判明所计算的管道是否安全、经济、合理以及管道对设备的推力和力矩是否在设备所能安全承受的范围内。
第1.0.2条本规定适用于以低碳钢、低合金钢和高铬钢为管材的火力发电厂汽水管道的应力计算。
油、空气介质的管道应力计算，可参照本规定执行。
核电站常规岛部分管道应力计算，可参照本规定执行。
第1.0.3条管道的热胀应力按冷热态的应力范围验算。
管道对设备的推力和力矩按在冷状态下和在工作状态下可能出现的最大值分别进行验算。
第1.0.4条恰当的冷紧可减少管道运行初期的热态应力和管道对端点的热态推力，并可减少管系的局部过应变。
冷紧与验算的应力范围无关。
第1.0.5条进行管系的挠性分析时，可假定整个管系为弹性体。
第1.0.6条使用本规定进行计算的管道，其设计还应遵守《火力发电厂汽水管道设计技术规定》。
管道零件和部件的结构、尺寸、加工等，应符合《火力发电厂汽水管道零件及部件典型设计》的要求。
第二章钢材的许用应力第2.0.1条钢材的许用应力，应根据钢材的有关强度特性取下列三项中的最小值：σb20/3，σs t/1.5或σs t(0.2%)/1.5，σD t/1.5其中σb20——钢材在20℃时的抗拉强度最小值（MPa）；σs t——钢材在设计温度下的屈服极限最小值（MPa）；σs t(0.2%)——钢材在设计温度下残余变形为0.2%时的屈服极限最小值（MPa）；σD t——钢材在设计温度下105h持久强度平均值。
常用钢材的许用应力数据列于附录A。
国产常用钢材和附表中所列的德国钢材的许用应力按本规定的安全系数确定。
美国钢材的许用应力摘自美国标准ASME B31.1。
对于未列入附录A的钢材，如符合有关技术条件可作为汽水管道的管材时，它的许用应力仍按本规定计算。
第三章管道的设计参数第3.0.1条设计压力的取用管道设计压力（表压）系指管道运行中内部介质最大工作压力。
钢管应力计算
第一章总则第1.0.1条管道应力计算的任务是：验算管道在内压、自重和其它外载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时所产生的二次应力，以判明所计算的管道是否安全、经济、合理以及管道对设备的推力和力矩是否在设备所能安全承受的范围内。
第1.0.2条本规定适用于以低碳钢、低合金钢和高铬钢为管材的火力发电厂汽水管道的应力计算。
油、空气介质的管道应力计算，可参照本规定执行。
核电站常规岛部分管道应力计算，可参照本规定执行。
第1.0.3条管道的热胀应力按冷热态的应力范围验算。
管道对设备的推力和力矩按在冷状态下和在工作状态下可能出现的最大值分别进行验算。
第1.0.4条恰当的冷紧可减少管道运行初期的热态应力和管道对端点的热态推力，并可减少管系的局部过应变。
冷紧与验算的应力范围无关。
第1.0.5条进行管系的挠性分析时，可假定整个管系为弹性体。
第1.0.6条使用本规定进行计算的管道，其设计还应遵守《火力发电厂汽水管道设计技术规定》。
管道零件和部件的结构、尺寸、加工等，应符合《火力发电厂汽水管道零件及部件典型设计》的要求。
第二章钢材的许用应力第2.0.1条钢材的许用应力，应根据钢材的有关强度特性取下列三项中的最小值：σb20/3，σs t/1.5或σs t(0.2%)/1.5，σD t/1.5其中σb20——钢材在20℃时的抗拉强度最小值（MPa）；σs t——钢材在设计温度下的屈服极限最小值（MPa）；σs t(0.2%)——钢材在设计温度下残余变形为0.2%时的屈服极限最小值（MPa）；σD t——钢材在设计温度下105h持久强度平均值。
常用钢材的许用应力数据列于附录A。
国产常用钢材和附表中所列的德国钢材的许用应力按本规定的安全系数确定。
美国钢材的许用应力摘自美国标准ASME B31.1。
对于未列入附录A的钢材，如符合有关技术条件可作为汽水管道的管材时，它的许用应力仍按本规定计算。
第三章管道的设计参数第3.0.1条设计压力的取用管道设计压力（表压）系指管道运行中内部介质最大工作压力。
钢管应力计算【可编辑范本】
第一章总则第1。
0.1条管道应力计算的任务是:验算管道在内压、自重和其它外载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时所产生的二次应力,以判明所计算的管道是否安全、经济、合理以及管道对设备的推力和力矩是否在设备所能安全承受的范围内。
第1.０.2条本规定适用于以低碳钢、低合金钢和高铬钢为管材的火力发电厂汽水管道的应力计算。
油、空气介质的管道应力计算，可参照本规定执行。
核电站常规岛部分管道应力计算，可参照本规定执行。
第1.0.3条管道的热胀应力按冷热态的应力范围验算。
管道对设备的推力和力矩按在冷状态下和在工作状态下可能出现的最大值分别进行验算。
第１.0.４条恰当的冷紧可减少管道运行初期的热态应力和管道对端点的热态推力,并可减少管系的局部过应变。
冷紧与验算的应力范围无关.第1。
０。
5条进行管系的挠性分析时,可假定整个管系为弹性体。
第1.0。
6条使用本规定进行计算的管道,其设计还应遵守《火力发电厂汽水管道设计技术规定》。
管道零件和部件的结构、尺寸、加工等，应符合《火力发电厂汽水管道零件及部件典型设计》的要求。
第二章钢材的许用应力第2。
０.1条钢材的许用应力，应根据钢材的有关强度特性取下列三项中的最小值：σb20/3，σsｔ／1。
5或σｓt(０。
2%)/1.5,σD t/１.5其中σb２0—-钢材在２0℃时的抗拉强度最小值（MＰa);σs t－—钢材在设计温度下的屈服极限最小值（MＰａ);σs t(０。
2％）—-钢材在设计温度下残余变形为0。
２％时的屈服极限最小值(MPa）;σＤｔ——钢材在设计温度下１05h持久强度平均值。
常用钢材的许用应力数据列于附录Ａ.国产常用钢材和附表中所列的德国钢材的许用应力按本规定的安全系数确定．美国钢材的许用应力摘自美国标准ASMＥB３1.1。
ﻩ对于未列入附录Ａ的钢材，如符合有关技术条件可作为汽水管道的管材时,它的许用应力仍按本规定计算.第三章管道的设计参数第3.0。
压力管道选材以及应力分析校核培训知识
一、管道设计概况主要内容包括压力管道各级人员基本条件、管道设计所涉及的专业及相关施工图以及专业间条件关系。
㈠压力管道各级人员基本条件1、压力管道设计应遵循的法律法规设计人员应掌握以下相关法律法规，并在设计说明的设计依据里写明：⑴《中华人民共和国特种设备安全法》主席令第四号（这里注意，所有国家法律文件中数字只能用汉字，不允许出现阿拉伯数字）⑵《特种设备安全监察条例》国务院令第549号⑶《特种设备目录》质检总局公告[2014]第114号⑷《特种设备生产和充装单位许可规则》TSG07-2019⑸《特种设备生产单位许可目录》【市场监管总局关于特种设备行政许可有关事项的公告】（2019年第3号）⑹《特种设备行政许可有关事项的公告》（2019年第8号）⑺《市场监管总局办公厅关于特种设备行政许可有关事项的实施意见》市监特设[2019] 32号2、设计人员基本条件2019年新特设规TSG07-2019推出以后，对压力管道设计人员提出了更高的要求。
如：需要有5年以上校核经验才能提升审核人员、需要有8年以上审核经验才能提升审定人员；GC1管道设计单位需要有20人以上、审批人员5人以上；2020年开始将通过考试、答辩的方式对压力管道取证人员进行考核。
㈡管道设计所涉及的专业及必要提供的施工图管道设计可详细划分为管道布置专业、外管专业、材控专业和管机专业，尽管我公司不像设计院做这样的详细专业划分，但日常工作都需按照以上各专业内容和流程来开展的，才能保证设计文件的准确和完善，避免错误发生。
各管道专业所需要提供的设计成品如下所示：1、管道专业⑴除包含我们日常设计提供的图纸目录、设计说明、管道布置图、管道空视图（轴测图）、管段材料表、特殊管架表、管道支架一览表、管道材料汇总表、管道绝热一览表、管道防腐一览表，一些较大的项目（管道布置图较多的）还应有管道布置索引表；⑵涉及伴热管的还需有伴管图、伴热一览表；⑶涉及设备的还需有设备绝热一览表、设备涂漆一览表、设备布置图、设备安装图（或管口方位图）；⑷大型项目还应提供管架材料汇总表、绝热材料汇总表、涂漆材料汇总表、新旧管线接管一览表、甩头一览表等。
钢管强度校核
2D t t
D 2t
[ ] 理论轴向最大承压
11
强度校核压力
PS
7.5
MPa
PS MIN（P,P 1 2）
结论
强度校核压力大于设计压力，强度校核合格
常用材料的机械性能 材料牌号 20 45 06Cr19Ni10 0Cr18Ni9 022Cr19Ni10 00Cr19Ni10 06Cr17Ni12Mo2 0Cr17Ni12Mo2 022Cr17Ni12Mo2 00Cr17Ni14Mo2 1Cr18Ni9Ti 屈服强度Mpa 215 370 205 177 205 177 205 抗拉强度 340 630 520 480 520 480 520 304 304L 316 316L 超低碳不 锈钢 超低碳不 锈钢 简写 备注
=
s
ns
8
钢管壁厚
t
15.663644
mm
t≥
P D 2 +P
理论最小壁厚
结论
钢管最小壁厚为 15.664 mm
代号 P D t σs ns [σ] 数据 3.8 1000 30 235 2 117.5 单位 Mpa mm mm MPa / MPa 公式/来源 设计给定 设计给定 设计给定 查资料 一般取值1.5～2 参考文献/备注
（二）钢管强度的校核
序号 1 2 3 4 5 8 设计参数 设计压力 钢管外径 钢管壁厚 屈服强度 屈服安全系数 许用应力
塑性材料考核屈服 强度
=
P 1
P2
s
ns
9
径向计算压力
P1Leabharlann 7.5MPa2t D 2t
2
理论径向最大承压
压力管道强度理论及校核
压力管道强度理论及校核实际工程中，很少有管子仅承受单一的拉压、剪切、扭转或弯曲载荷，而多是两种或多种载荷同时作用，这样就使得应力的求解变得复杂起来。
与简单的拉压、剪切、扭转和弯曲相比，它的难点主要是表现在以下两个方面：其一是管子中各点的应力求解困难。
此时因涉及的未知变量较多，建立的相应静力平衡方程、物理方程和几何方程较多，求解这些方程的计算工作十分浩繁;其二是管子中的各点可能同时承受三个方向的主应力和六个面上的剪应力，这些应力对材料的强度都将产生影响。
此时如何建立与许多应力有关的强度校核公式是十分棘手的，它既不能象简单变形形式那样用单一的强度指标进行判断，又不能对各个应力分别施以判断，这样做也是不现实的。
下面就针对上述两个问题的解决方法进行介绍。
(一)复杂应力状态下的应力求解对于几何形状比较规则的管子，无论它受力多么复杂，都可以按前面所介绍的步骤和方法进行求解。
即首先从管子中取一微元，然后根据受力情况、几何形状、边界条件等分别建立其静力平衡方程、物理方程和几何方程，然后联解方程。
复杂应力状态下的静力平衡方程、物理方程和几何方程型式如下：1、静力平衡方程：ΣFx=0; ΣFy=0; ΣFz=0ΣMx=0; Σmy=o; ΣMz=02、物理方程：3、几何方程：很显然，对于空间几何形状、受力和边界条件复杂的管道系统，要想对每个管道元件建立并求解上面的联合方程确实不是一件容易的事。
但随着电子计算机的应用，这样的计算就不再是难事了。
事实上，目前计算机已广泛应用于这类问题的计算。
对于形状不规则的管道元件，尤其是管道元件局部形状不规则时(如三通分支的根部、对焊法兰颈部弯曲过渡处等)，有时很难通过其平衡方程、物理方程和几何方程求出能满足边界条件的方程解，也就是说其应力将无法通过方程进行求解，此时往往作出一些假设，或根据试验找出一些修正系数来简化计算，从而求出一些工程上尚可使用的近似解。
值得一提的是，随着有限元技术的发展，它在求解复杂情况下的应力分析计算中得到了应用。
压力管道强度校核计算表
DATA SHEET OF STRENGTH 工程名称：项目号:版次:设计单位：项目负责:设计：校核：审核：工业及热力管道壁厚计算书1直管壁厚校核1.1计算公式：根据《工业金属管道设计规范》(GB50316-2000)6.2中规定，当直管计算厚度t s小于管子外径D o的1/6时,承受内压直管的计算厚度不应小于式（1）计算的值。
设计厚度t sd应按式（2）计算。
（1）（2）（3）式中—直管计算厚度（mm）；—设计压力(MPa）；—管子外径（mm）；—在设计温度下材料的许用应力(MPa）;-焊接接头系数；-直管设计厚度（mm）；—厚度附加量之和（mm）；—厚度减薄附加量（mm）-腐蚀或腐蚀附加量（mm）—计算系数设计压力P:P=2σt/（D-2tY）Y=0。
4—-0Cr18Ni9式中设计温度为常温，一般取50℃，根据《工业金属管道设计规范》(GB50316-2000）附录A金属管道材料的许用应力表A.0。
1进行选取,故20#为130MPa,0Cr18Ni9为128.375 MPa。
取值是根据《压力管道规范—工业管道第2部分:材料》（GB/T20801。
2-2006)表A。
3，故20＃和0Cr18Ni9的取值都为1。
根据《工业金属管道设计规范》（GB50316—2000）表6.2。
1进行选取，故20＃和0Cr18Ni9的取值都为0。
4。
1.2常用低压管道计算厚度1。
3常用高压管道计算厚度1。
4厚度附加量（1).C1厚度减薄附加量（mm）,取钢管允许厚度负偏差。
根据《流体输送用不锈钢无缝钢管》（GB/T14976—2002）规定：热轧（挤、扩）钢管壁厚＜15mm时，普通级允许厚度负偏差（12.5％δ）高级允许厚度负偏差（12.5％δ)；热轧（挤、扩）钢管壁厚≥15mm时，普通级允许厚度负偏差（15%δ）高级允许厚度负偏差（12.5％δ)；冷拔（轧）钢管壁厚≤3mm时，普通级允许厚度负偏差(14％δ）高级允许厚度负偏差（10％δ);冷拔(轧）钢管壁厚＞3mm时,普通级允许厚度负偏差(10％δ)高级允许厚度负偏差（10％δ）。
GA管道应力校核公式
经校核计算，从上表可以看出本工程管道在设计埋深方面均满足径向稳定要 求。
σe=σh-σL<0.9σs 式中：σe——当量应力，MPa； σh——由内压产生的管道环向应力，σh＝Pd/（2δn），MPa； 其中：P——管道设计内压力，MPa，12； d——管子内径，mm，1192.4； δn——管子公称壁厚，mm，26.4； σL——管道的轴向应力，拉应力为正，压应力为负，MPa； σL＝μσh＋Eα（t1-t2） 其中：μ——泊桑比，取 0.3； E——钢材弹性模量， MPa，2.05×105； α——钢材线膨胀系数，℃-1，1.20×10-5； t1——管道下沟回填时温度，0℃； t2——管道的工作温度，50℃； σs——管子规定的最低屈服强度，MPa，555； 下面按管道的最不利条件（壁厚最薄，温差考虑极限温差）进行应力计 算和当量应力校核，详见表 11.2-2。
－钢管壁厚（m），管道为 0.0264m，光缆套管为 0.009m；
ds－钢管内径 （m） ， 管道为 1.1662m， 光缆套管为 0.2011m；
s －钢管容重（kN/m3)，取 78 kN/m3；
1 －泥浆重度（kN/m3)，取 1.2 水重度；
f－摩擦系数，根据地质条件的不同，取值不同，一般在 0.1～ 0.3 之间；取 0.3； k－粘滞系数， 根据地质条件的不同， 取值不同， 一般在 0.01～ 0.03 之间，取 0.02； 经计算：管道计算回拖力 F=2836kN，光缆套管计算回拖力 F=44kN。 一般设计时取回拖力的值为计算回拖力的 1.5～3 倍，本工程穿越层为粉 砂，取 2 倍的安全系数，管道定向钻设计回拖力取值为不小于 5672kN，光缆 套管定向钻设计回拖力为不小于 88 kN。 2 强度校核 1）强度校核： 对于埋地管道必须进行当量应力校核。校核条件为：受约束热胀直管段， 按最大剪应力强度理论计算当量应力，并且必须满足下式要求：
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52640.04 38856.5
n= A= B= C（A）= a=
2.979167 16.43492 2.630075 5.71832 0.323847
A`= 2.63007456 B`= 16.4349188 b= 1.24694934Leabharlann XL型自然补偿推力计算程序
—董乐义
（提示：自然臂长度不得大于30 m！） 输入原始数据： 热媒温度 P`x
t= 110
（℃） Px
Lch α Ld P`y
安装温度 t0= 钢管外径 Dw= 钢管壁厚 δ = 钢管长臂长度 Lch= 钢管短臂长度 Ld= 长短臂之间的夹角 α = 每米管道重量 α = q= 钢材基本许用应力 σ= 钢管弹性模量 E= 线胀系数 α = 计算结果：
-10 （℃） 529 （mm） 8 （mm） 28.6 （m） 9.6 （m） 90 （° ） 410.367 （Kg/m） 125 （MPa） 196000 （MPa） 0.0000134 （m/m.℃）
Py
Y
O
X
钢管横截面积 A= 0.01309415 （m2） 钢管抗弯截面模量 W= 0.00168012 （m3） 钢管惯性矩 I= 0.00044439 （m4） 轴向弹性力 Px= 24976.5 （N） 侧向弹性力 Py= 3997 （N） 轴向弹性力 P`x= 3997 （N） 侧向弹性力 P`y= 24976.5 （N） 长臂X方向推力 Fxch= 63178.2 （N） 长臂Y方向推力 Fych= 16820 （N） 短臂X方向推力 Fxd= 13172.7 （N） 短臂Y方向推力 Fyd= 52312.5 （N） 弯曲应力 σ max= 99.31 （MPa） 弯曲许用应力 [σ ]= 100 （MPa） 结论： σ max<[σ ]弯曲应力满足要求。