COADE CAESARII埋地管道计算原理
地源热泵地埋管长度计算
地源热泵地埋管长度计算地源热泵地埋管长度计算，这可是个技术活儿。
咱们先来聊聊地源热泵，这是一种利用地下温度差异进行能源转换的设备，既环保又节能，是现代家庭装修的热门选择。
而地埋管作为地源热泵的核心部件，其长度的计算可是关系到能效高低的重要因素。
那么，如何才能算出合适的地埋管长度呢？别着急，听我慢慢道来。
我们要了解地源热泵的工作原理。
简单来说，就是通过地下的恒定温度来提取能量，然后通过压缩机将低温热量提升到高温，再通过换热器将热量传递给室内系统，实现制冷或供暖。
所以，地埋管的长度就关系到了地下水温的分布和能效的高低。
那么，如何计算地埋管的长度呢？这里我们可以借鉴一下古人的智慧——“量入为出”。
我们需要知道地源热泵的装机容量，也就是它所能提供的能量。
这个数据通常可以在地源热泵的销售合同中找到。
有了这个数据，我们就可以大致估算出需要多少米的地埋管来满足能量需求。
接下来，我们要考虑地下水的流动情况。
地下水通常是从低处向高处流动的，所以在设计地埋管时，我们要尽量让管道处于地下水流动的最低点。
这样一来，管道内的水流速度就会加快，热量传递也会更加顺畅。
这个原则也要根据实际情况灵活调整。
我们还要考虑地形地貌的影响。
在山地或者丘陵地区，地下水流动可能会受到地形的阻碍，这时候我们就需要增加地埋管的长度，以保证能量的有效传递。
这也要在合理范围内进行，过长的地埋管不仅会增加成本，还可能影响建筑物的结构安全。
在确定了地埋管的基本参数后，我们还需要进行详细的计算。
这里我们可以引用一个成语——“因地制宜”。
具体来说，就是要根据当地的地下水文地质条件、建筑物的结构特点以及气候环境等因素，综合考虑地埋管的长度、弯曲程度以及连接方式等细节问题。
在实际操作过程中，我们还可以借助一些专业软件来进行辅助计算。
这些软件通常可以根据输入的数据自动生成地埋管的设计图纸，帮助我们更好地把握设计的精度和效果。
这些软件的使用也需要一定的专业知识和技能，所以在使用过程中一定要谨慎操作。
2010年11月CAESARII高级培训讲义-埋地管道分析(精)
CAESAR IICAESAR II埋地管道应力分析何耀良北京艾思弗计算机软件技术有限责任公司2010概述z 由于埋地管道在石油、天然气长距离输送、城镇热电联产由于埋地管道在石油天然气长距离输送城镇热电联产——区域供热领域应用广泛，出于安全性考虑，对埋地管道系统的分析设计尤为重要。
概述概述z 埋地管线实际上是管道和各种附属元件整体组合安装形成的复杂系统。
概述设计人员对当地环境土壤特性和地质情况的了解程度、所使用的分析假设，实际上决定了计算结果是否接近真实情况。
对地质情况不了解，没有恰当考虑热胀、外载荷、地质情解有恰当考虑热外载荷土壤特性可能导致严重的安全问题zz各种失效概述特殊之处埋地管线与架空管线存在较大差异：z架空管线使用支吊架支撑，导致失效的原因主要为垮塌（架空管线使用支吊架支撑导致失效的原因主要为垮塌（一次应力）及疲劳失效（柔性）；埋地管线则承受连续土壤摩擦约束作用，特别是长直管道存在自然锚固现象，其主要失效形式则是热态应力引发的轴向失稳及疲劳破坏（柔性）对热态应力而言热态应力是衡量管道轴向抗失稳能力的依据，当热态应力超标时，可能产生两类失效：z热拱轴向失稳如何分析？为避免事故的发生，我们需要对导致埋地管道失效的各种因素进行分析。
主要分为：1. 土壤约束（土壤特性，转为土壤约束模型）2. 管道柔性（管道分区，完全约束和活动段）3. 计算方法（标准规范）zzzz土壤约束zz主要体现在土壤摩擦力上；土壤的摩擦力是固有特性，与土壤以及管道表面粗糙度有关；通常人们将连续约束简化为点约束；z土壤约束但是这个点约束并非线性的土壤约束实际的土壤约束曲线为一段圆弧，这增大了模拟计算的难度，人们通常引入简化算法：z土壤约束使用简化模型——土壤约束线性化（部分线性化）z土壤刚度约束简化为线性的静摩擦力及滑动摩擦力；临界点为极限载荷土壤的弹性和塑性转化点临界点为极限载荷（土壤的弹性和塑性转化点）；极限载荷出现时所对应的土壤变形量称为屈服位移；可以通过多种方法来确定极限载荷及其屈服位移，常见的是将按照轴向摩擦力、横向进行区分。
caesarⅡ分析管道安装存在的问题
工作研究·动叶可调式轴流风机喘振机理及预防策略探究
部进行扩散。 2.1.2 增加叶片的叶栅稠度 一定程度上，提升叶栅稠度对于喘振的预防具有积极的作用，
由于叶片的宽度相对较宽，能够实现相同的气流转向角需要的拱度 相对偏小，附面层不会容易出现分离的情况，使得轴流风机的静压 性能曲线峰点不断向着小流量方向进行移动。
2.1.3 风机进口入安装导流装置 在轴流式风机的进口位置安装导流装置能够有效将紊乱的气流 流动进行稳流处理，使得逆流流动发生折向，并与主气流进行充分 的混合，这样可以在很大地程度上降低轴流风机的失稳失速区域。 相关的实践经验表明，轴流风机进口处安装导流装置能够使得运行 状态变得更加稳定。 2.1.4 风机并列操作的科学化 如果单台轴流风机的负荷不能满足机组需求负荷时，需要启动 两台风机进行同时工作，此时需要对两台风机的操作方式进行科学 规划。一般情况下，轴流风机运行之前需要关闭叶片和出口挡板， 待风机运行转速达到要求区间后，对叶片和挡板进行缓慢开启。启 动风机过程中，需要适当地降低另外正常运行风机的叶片开度，此 过程中，叶片关小和开大的幅度需要保持一致，保证风量相同的条 件下，使得两台风机的负荷实现同步，使得风机的并列操作变得更 加科学合理。 2.2 喘振发生的预警 在轴流风机的安装角度确定的条件下，通过对风机的性能曲线 的绘制，可以对喘振线进行分析。在性能曲线上设定合适的区间作 为缓冲区，在风机运行状态达到缓冲区的边界时进行预警，使得风 机运行免受喘振伤害。 为了能够更加准确地对轴流风机的边界线进行模型的建立，假 定目前的叶栅角度为 β，此条件下的风机运行最小风量数值可以表 示为：
MSV 侧端点受力
–35521
227065
–19708
–29688
CAESARII基础知识
CAESARII-管道应力分析软件（系列培训教材）管道应力分析基础知识北京市艾思弗计算机软件技术有限责任公司2003年1月15日管道应力分析基础知识1．管道应力分析的原则管道应力分析应保证管道在设计条件下具有足够的柔性，防止管道因热胀冷缩、管道支撑或端点附加位移造成应力问题。
2．管道应力分析的主要内容管道应力分析分为静力分析和动力分析。
静力分析包括：1）压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算——防止塑性变形破坏；2）管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算——防止疲劳破坏；3）管道对设备作用力的计算——防止作用力太大，保证设备正常运行；4）管道支吊架的受力计算——为支吊架设计提供依据；5）管道上法兰的受力计算——防止法兰汇漏动力分析包括：l）管道自振频率分析——防止管道系统共振；2）管道强迫振动响应分析——控制管道振动及应力；3）往复压缩机（泵）气（液）柱频率分析——防止气柱共振；4）往复压缩机（泵）压力脉动分析——控制压力脉动值3．管道上可能承受的荷载1）重力荷载：包括管道自重、保温重、介质重和积雪重等；2）压力荷载：压力载荷包括内压力和外压力；3）位移荷载：位移载荷包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支撑沉降等；4）风荷载；5）地震荷载；6）瞬变流冲击荷载：如安全阀启跳或阀门的快速启闭时的压力冲击：7）两相流脉动荷载；8）压力脉动荷载：如往复压缩机往复运动所产生的压力脉动；9）机械振动荷载：如回转设备的振动。
4．管道应力分析的目的1）为了使管道和管件内的应力不超过许用应力值；2）为了使与管系相连的设备的管道荷载在制造商或国际规范（如NEMA SM-23、API-610、API-6 17等）规定的许用范围内；3）为了使与管系相连的设备管口的局部应力在ASME Vlll的允许范围内；4）为了计算管系中支架和约束的设计荷载；5）为了进行操作工况碰撞检查而确定管于的位移；6）为了优化管系设计。
CAESAR Ⅱ在烟风管道应力计算中的应用
防溺水安全活动计划防溺水安全活动计划（精选6篇）时间的脚步是无声的，它在不经意间流逝，很快就要开展新的工作了，我们要好好计划今后的学习，制定一份计划了。
那么你真正懂得怎么制定计划吗？以下是小编收集整理的防溺水安全活动计划（精选6篇），欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助。
防溺水安全活动计划1幼儿园的小朋友安全意识非常淡薄，预防溺水教育形势非常严峻，为了切实做好我园幼儿防溺水安全教育工作，减少乃至避免溺水事故的发生，我园特制定本计划。
一、指导思想坚持“以人为本”、“生命至上”的原则，充分发挥幼儿园的教育和管理职能，减少乃至避免溺水事故的发生，为创建平安幼儿园，构建和谐社会作出应有的努力。
二、活动目标通过预防溺水教育宣传，进一步增强幼儿及家长的安全意识，进一步完善幼儿园预防溺水教育的各项制度，提高幼儿园安全管理水平，减少乃至避免溺水事故的发生，保证幼儿园的教育教学工作健康有序的开展。
三、组织建设领导小组：组长：副组长：成员：各班班主任四、具体措施1、利用宣传栏和张贴标语的形式，营造防溺水宣传的氛围。
2、利用每天5分钟安全教育的机会，宣传防溺水教育。
用附近、身边的例子告诉幼儿：生命只有一次，如果死了，就见不到妈妈，不能和小朋友玩了。
3、每班召开一次主题班会，在班主任的引导下，了解附近的危险地带、池塘、小河，掉下去是非常危险的。
讨论如何能避免溺水现象的发生：没有父母的陪同下，不能到河边去玩。
有人落水，不能去拉，要大声呼救。
4、召开家长会，以及利用家长接送幼儿时间，向家长宣传防溺水知识，让家长配合幼儿园做好防溺水安全管理工作。
5、让家长和幼儿都参与到防溺水活动中来，互相提醒，互相监督发现有幼儿到河边玩水，马上制止并通知监护人或幼儿园。
安全工作是幼儿园的头等大事，希望全体教职工以“防溺水安全宣传日”为契机，积极行动起来，高度重视对幼儿的安全教育，认真开展好“珍爱生命，预防溺水”教育活动。
在广泛宣传教育的基础上，班主任要积极做好幼儿离园时与家长的交接工作，避免出现幼儿管理上的空档。
管道应力分析软件CAESARⅡ应用探讨
管道应力分析软件CAESARⅡ应用探讨摘要：CAESARⅡ管道应力分析软件为设计人员提供了一个高效、经济和快捷的分析工具，使设计者能够洞悉管线运行中各处的应力和位移状况，减轻设计的复杂程度，缩短设计周期，确保工程的设计质量，被石化、燃气、电力设计单位所使用。
笔者根据几年应力分析的经验及具体实例，对管道应力分析的一些实践进行了总结。
关键词：CAESARⅡ软件管道应力计算模型一、CAESARⅡ简介CAESARⅡ是由美国COADE工程软件公司研制的一款专门对管道应力分析的软件，与中国长沙优易软件开发有限公司开发的AutoPSA7.0各有优劣，CAESARⅡ采用了以有限元分析为基础的专用CFD求解器Ployflow，它能通过使用简单梁为最基本单元建立管系模型，并在此基础上定义系统中的载荷，计算生成系统中的位移、荷载、应力表示结果。
二、管道应力分析的目的管道应力分析的目的主要是：a）为了使管道和管件内的应力不超过许用应力值；b）为了使与管系相连的设备的管道荷载在制造商或国际规范（如NEMASM-23、API-610、APl-617等）规定的许用范围内；c）为了使与管系相连的设备管口的局部应力在ASMEVlll的允许范围内；d）为了计算管系中支架和约束的设计荷载；e）为了进行操作工况碰撞检查而确定管于的位移；f）为了优化管系设计。
三、管道应力分析的主要内容以某国产乙烯装置的一小段管线为例。
从高压蒸汽总管到重燃料油汽提塔的蒸汽进口，中间经过一系列的阀门，其中阀组因业主要求只能放在水平管上，不能放在立管上。
配管工程师给出应力条件图，用CAESARⅡ建立模型（见图1）。
图1最初的模型经过计算一次应力和二次应力均超标，高温高压管道的一次应力如果超出许用应力，一般需设置合理的支架，与配管工程师协商在阀组之间和支管中间位置加上两个支架（见图2），应力计算结果见表1，表中CASE6（SUS）是安装状态，由重力和压力构成，另外还包括集中载荷和均布载荷；CASE7（EXP）和CASE8（EXP）是纯冷态或纯热态，这是一种膨胀工况，用于检测标准中需要的膨胀应力。
CAESARII未公开的秘诀
CAESARII 未公开的秘决Dave Diehl二个月之前我提到了一个CAESARII 的埋地管道模型。
我定义了土壤的数据和管截面卡入“埋地系统”的数据。
有一次列表“模型转换完成”时我发现一个输入错误并且在视窗的按钮中点击“OK ”或者“取消”按钮时，我点击“在视窗右上角的关闭（X ）按钮。
约束没有加上并且控制返回到“地下管道生成器”，可是我惊奇的发现当时的模型有额外的土壤模型节点。
我立刻想起了一个从前用户提出的要求……。
土壤沿着管道提供连续支承。
CAESARII 没有连续支承的模型。
为此，CAESARII 在建立模型时沿管线用加入一系列规则的支承点来替代。
然而，有二种土壤的效应要考虑：土壤的摩擦，该载荷是沿管道轴向的以及土壤的掩埋，该载荷是沿管道周向的（见图1）。
埋地管道的计算者存入二个条件，即使用管道支承占上的土壤密度提供轴向的和横向的土壤条件。
一个好的埋地土壤模型（方向中或在三通等处的变化接近如果轴向土壤模型只有不多的支承时，也要求很多的支承点。
CAESARII 是用1区和3区分别提供相应条件。
根据基础理论1区支承空间由四节点（三个单元）等效这一区的全长即L b =0.65 K tr 是土壤的转换刚度。
3区的节点约束空间是简单的为100*002区节点为空间自1区终点取1.5倍1区长度处开始并线性增长至50*00在3区至终端划二个相等的长度。
另外，CAESARII 在整个弯管上加入1个或多个节点将弯管割断为二个或多个相等长度的管段――与沿弯管建立“靠近/中间/远处”节点通常的等效方法相类似。
单元最终节点编号为N ，按如下关系义：NN< <4.23弯管半径 我们收到一些用户的要求，他们对沿弯管设备设置约束的数量不满意。
这个问题是在一个承受/基础模型中为了消除沿着节点一弯曲的弯曲，弯曲的约束的数量不可能是足够的。
还有CAESARII 是通过一系列的支承点来模拟连续的支承；如果它们不能足够的近似，开发出了非真实的弯曲力矩模型（见图2）。
CAESAR II常规管道计算规范 版
CAESAR II常规管道计算标准及CLPX配合应用说明：该规范应用于CUC内部对于除300MW以上机组四大管道计算外的其他所有压力管道。
计算工况中水压试验工况按实际情况考虑，但是不考虑风载，地震载荷，汽锤载荷等随机复杂工况。
——王纯 2009-8-10 一． CAESAR II config 文件设置1．SIF’s and STRESSESDefault Code:B31.1 （改为电力标准，默认为31.3化工标准）Occasional Load Factor: 20（省院根据年运行偶然工况经验设置）Add F/A in Stresses: YES（是否在纵向应力中加入F/A，即考虑轴向力引起的纵向应力的效果）其余全部用Default （其中，直管不考虑压力硬化）2．FRP Properties全部采用Default，3．Detabase DefinitionsUnites file name: MM.FIL （国际单位制）Default Spring Hanger Name: Chinapower(china) （国标弹簧号）其余全部采用Default4．Miscellaneous全部采用Default5．Computer ControlInclude Spring stiffness in Hanger OPE travel: YES （考虑弹簧刚度）说明：如果应用这个选项，计算选弹位移的时候会考虑弹簧刚度的影响。
这样，那弹簧冷态工况下的荷载将和软件报告中弹簧表内的冷、热载相稳合其余全部采用Default （其中，弯头不考虑压力硬化）6．Geometry DirectivesZ-Axis vertical: On （改为Z轴向上，《应规》2006要求）其余全部采用Default二． 输入文件建议设置1.起点坐标输入实际坐标，并校核最终点的空间坐标起点坐标设置：(Edit——Global)输入起始点在项目轴网的绝对坐标XYZ。
CAESARⅡ用于埋地管道应力模拟
CAESARⅡ用于埋地管道应力模拟
丁清一;崔磊
【期刊名称】《石油天然气学报》
【年(卷),期】2010(32)5
【摘要】从埋地管道应力分析理论入手，通过利用CAESARⅡ软件对土壤条件的
近似模拟，建立了较为准确的埋地管道应力分析模型。
通过就管道周围土壤对约束状况的模拟，以期对埋地管道进行较为细致全面的应力分析，并建立合理的推力模型指导管道出土点固定墩的设计。
以苏丹管道工程项目为例进行了应力计算及分析，同时对出入站固定墩推力也进行计算，收到了良好的效果。
【总页数】4页(P623-626)
【关键词】CAESARⅡ;埋地管道;应力分析;推力计算
【作者】丁清一;崔磊
【作者单位】中国石油天然气管道局国际事业部,河北廊坊065000
【正文语种】中文
【中图分类】TE973.1
【相关文献】
1.CAESARⅡ软件用于直埋供热管道的应力分析 [J], 席晓峰;丁哲;于福;纪广涛;刘超;王鑫;杨海东;解文辉
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3.CAESARⅡ用于"矮胖形"管道应力分析的修正措施 [J], 吴善超
4.基于CAESARⅡ下的地热埋地玻璃钢管道应力分析研究 [J], 李汪灏; 赵亮; 白如雪; 胡玮结; 张舒晗
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论CAESARⅡ软件在抽汽管道布置的应用
论CAESARⅡ软件在抽汽管道布置的应用随着国家对钢铁行业节能减排的要求不断提高，钢铁企业余热余能利用技术的不断发展，余热余能利用的重要设备汽轮发电机组的规模和参数也不断提高，汽水管道系统的设计也更加复杂，对汽水管道应力分析的重视程度不断增加。
CAESARⅡ软件是国际公认的专业管道应力分析软件，在钢铁、电力、石化等行业有着广泛应用。
使用CAESARⅡ软件可以对汽水管道进行有效地应力分析计算。
本文以某钢厂富余煤气发电项目抽汽蒸汽管道为例，介绍使用CAESARⅡ软件对其进行应力分析的方法。
1、管道应力分析的目的管道应力分析工作在钢铁、电力、石化等行业设计中具有十分重要的位置，它对安全生产、优化设计、节约材料等方面均具有十分重大的作用[1]。
在许多国外项目及国内重点项目中，都对管道应力分析提出了硬性要求。
为适应不断发展的设计工作的需要，许多设计单位引进了管道应力分析软件CAESARⅡ。
管道应力分析是压力管道设计的重要内容，其目的是对管道进行包括应力计算在内的力学分析，并使分析结果满足标准规范的要求，从而保证管道自身和与其连接的机器、设备、土建结构在各种载荷工况下的安全。
管道应力分析可以划分为静力分析和动力分析两部分。
静力分析是指在静力荷载的作用下对管道进行力学分析，并进行相应的安全评定，使之满足标准规范的要求。
动力分析则主要指往复压缩机和往复泵管道的震动分析、管道的地震分析、水锤和冲击荷载作用下管道的震动分析，其目的是使地震和震动的影响得到有效控制[2]。
2、CAESARⅡ软件简介CAESARⅡ软件是由美国COADE公司研发的压力管道应力分析专业软件。
它既可以进行静态分析，也可以进行动态分析。
CAESARⅡ软件向用户提供完备的国际上通用的管道设计规范，软件使用方便快捷。
CAESARⅡ软件具有以下特点：（1）输入和建模：交互式数据输入、图形输出，使用户可直观查看模型（单线、线框、实体图）的3D计算结果图形分析功能；丰富的约束类型，对边界条件提供最广泛的支撑类型选择；多任务批处理，自动的埋地管道建模等功能。
CAESAR II管道应力分析理论解析
2018/10/15
载荷种类 Load Type
持续性荷载Deadweight loads
热胀荷载Thermal loads
活荷载Live loads
AECsoft
2018/10/15
持续性荷载Deadweight loads
持续性荷载最大的特征是伴随结构的变形而不 消失。重量、压力等持续性荷载均为此类。垮 塌性荷载需要满足静力平衡条件，一旦平衡打 破，材料发生不可逆转的屈服变形，最终导致 垮塌性失效。其危害最为严重。
材料的拉伸实验
我们对某种材料进行机械拉伸实验，如图所示。然 后我们可以得到这种材料的应力与应变关系即应力应变曲线。
AECsoft
2018/10/15
材料特性
从拉伸实验得到的材料特性曲线中，我们能够获取 一种材料的弹性模量、屈服极限和拉伸极限，但是 需要注意的是，这些极限数值是随温度的变化而变 化的。
AECsoft
2018/10/15
失效界限的考虑
如果失效发生在屈服阶 段，那么极值应力可以 通过屈服载荷计算： Sy=Py/a
于是最大剪应力为： Tmax≤Sy/2
AECsoft
2018/10/15
应力的失效
如果某个单元上我们所关注的应力（主应力、最大 剪应力、）超出了理论极限值，我们认为这个位置 将发生屈服失效
AECsoft
2018/10/15
载荷的转化
应力乘以单位面积=载荷 静态下，任意截面上均应保持静力平衡； 任意截面上均存在法向应力及切向应力，我们将法 向应力称为正应力，将切向应力称为剪应力；
AECsoft
2018/10/15
原油管道CAESARⅡ应力分析计算
原油管道CAESARⅡ应力分析计算摘要:本文根据国内某石化公司长输站场原油管道的工况条件，使用CAESARⅡ应力分析软件进行管道应力分析计算。
通过对工况条件下管道的应力分析，确定出管道的应力分布状况，并进行应力评定，这将对管线的安全运行提供可靠的依据，具有较大的工程意义。
关键词：应力caesarⅡ原油管道1 应力分析CAESARⅡ应力分析软件是由美国COADE公司研制开发，在国际石油、化工、石化、电力等行业领域广泛应用的国际公认管道应力分析软件。
CAESAR Ⅱ以梁单元为模拟基础，可进行静力和动力分析，并可根据国际标准进行应力校核评定，如ASME B31系列标准。
静力分析是针对静力荷载对管道进行力学分析，动力分析是针对地震、振动对管道产生的影响进行控制所进行的分析。
本文所分析原油管道所处地带地震烈度很低，无需进行动力分析，只进行静力分析，以确保管线敷设走向合理，确保管道安全可靠的运行。
1.1静力分析的主要目的[2]1、计算管道中的应力，控制管道各点应力在标准规范要求范围内；2、确定工况下管道位移，防止位移过大造成支架脱落。
3、计算管道对相连结构、设备的作用力，以保证相连设备。
结构的安全。
4、通过对管道应力分析，设计人员对管系进行优化设计。
1.2管道应力分类[1] [2]在应力校核准则中，根据产生应力的荷载不同，将应力划分为一次应力和二次应力两大类。
一次应力没有自限性，随着外荷载的增大而增加，是由重力，压力等外部荷载所作用产生的应力。
当管道达到极限状态即产生塑性流动，导致管道破坏。
二次应力具有自限性，是为满足管道自身变形位移约束条件，由于热胀、冷缩或者端点位移等位移荷载作用所产生的应力。
当荷载超过材料屈服强度时，管道局部屈服或小量变形使位移约束条件要求得到满足，二次应力主要引起的是管道的疲劳破坏，一般情况下只要不连续加载不会导致管道破坏。
1.3管道应力校核条件1、管道一次应力校核条件[3]1）当管件（包括补强）满足壁厚要求时，由于内压所产生的应力应认为安全。
ii简易操作手册(整理)
CAESARII-管道应力分析软件（系列培训教材）CAESARII管道应力分析软件简易操作手册北京市艾思弗计算机软件技术有限责任公司2003年1月15日目录第一章程序功能及性能简介 (1)第二章程序安装 (2)第三章调以程序 (6)第四章建立模型 (8)第五章静力计算 (22)第六章静力计算结果 (30)程序功能及性能简介从静力学角度而言,CAESARII具备如下计算功能：●涉及所有静力荷载,如管道自重.内外压力.温度.附加位移.预拉伸（冷紧）.沉陷.集中荷载.●分类计算荷载,结果可已相互叠加.●可根据WRC297计算设备嘴子地刚度.●准确模拟各种形式地波纹膨胀节.●提供多种设计规范,如：ANSI B31.1.ANSI B31.3……●可根据WRC107计算设备嘴子应力条件.●可验算设备嘴子受力条件.●可计算风荷载.地震荷载.●钢结构可与管道系统混合计算.CAESARII 软件还具备相当优良地使以性能,突出表现再输入输出方面.工具条菜单输入采以全屏幕填表方式,辅已求助信息.编辑命令和图形显示,使以户感倒十分方便.输出方面也很具特点,融入许多编辑命令,诸如翻页.查找.打印等,图形显示直观明了.CAESARII 软件具备这样地性能就使得以户无需掌握太多DOS命令,也否必死记程序操作步骤和数据输入格式.该程序再解题能力方面没有严格限制,只须保证有足够地外存容量.CAESARII软件地配置要求：●Intel Pentium Processor●Mincrosoft Windows（95,98,NT4.0或更高）操作系统●32MB内存（推荐）●76MB硬盘空间●CD-ROM驱动器注：CAESARII 软件要求800 X 600分辨率（使以小字体）或1024 X 768分辨率（使以大字体）.第一章程序安装安装程序需要Microsoft Win98,Win2000或已上地操作环境.具体安装步骤如下：1把装有CAESARII软件地CD盘放入CD-ROM驱动器中,安装程序将自动开始.如果这样地话,以户可跳过第2步.如果安装程序否能自动开始,以户应该手动完成已下地步骤.2单击<开始>—<设置>—<控制面板>.从控制面板中选择<添加/删除程序>,出现添加/删除程序對话框,然后点击<安装>,开始安装程序.接着提示以户选择目录一安装CAESARII,也可通过选择<Browse>來改变安装目录.3单击<下一步>,以户选择安装类型.缺省地选项为“安全安装”建议多数以户使以这個选项.4单击<下一步>,以户选择语言类型.5单击<下一步>,以户选择定义程序快捷方式地文件夹.6单击<下一步>,以户定义所使以地ESL颜色.7单击<下一步>,CAESARII安装开始.一旦安装完成后,CAESARII将进行CRC检查,已证实所有地文件已经正确释放安装.第二章调以程序已CAESARII程序已被装入硬盘CAESAR子目录地情况下,以户调以该程序地步骤如下：1点击任务栏地<开始>按纽.2指向<程序>,显示所有可以地程序.根据设置否同,也许需要搜索多级菜单.3当看倒CAESARII時,单击CAESARII软件从而启动CAESARII软件,屏幕显示CAESARII程序主菜单,如图3—1所示.图3—1CAESARII Main Menr注：双击CAESARII快捷键（但必须注意此快捷键是CAESARII目录下地C2.exe文件）,也可启动CAESARII软件.新文件管道模型结构模型动态分析配置加密锁打开文件埋地管静态分析静态结果材料帮助以户可已从菜单中选择文件（File）,输入数据（Input）,分析类型（Analysis）,输出结果（Output）等菜单.所有地CAESARII分析都要求输入一個文件名,已便数据地输入,模型地分析和對所定义地文件地输出绍果进行分析.文件名以File菜单來定义,具体操作方法如下：以户开始一個新地分析時,选择File菜单中地New（或者单击New图标）,输入一個文件名和文件名所再地路径如图3—2所示.为了快速进入程序,以户应该输入文件名,然后选择Piping Input.图3—2New Job Name Specification注意：选择File菜单中地Open（或都单击Open图标）表明以户以一個對话框來选择已存再地文件.经常使以地文件也可已从File菜单中地“Most Recently Used”中选择.选择一個文件名并否能打开该文件,它仅表示可已對该文件进行输入,分析,结果评价或进行其它地操作,但是以户仍需从菜单中选择这些操作.第三章建立模型1总述管道系统静力分析需要将诸如计算条件（温度.压力等）.管子材料特性（杨氏弹性模量.线膨胀系数.基本许以应力等）.管子尺寸（直径.壁厚.长度）空间走向.约束方式等作为基本数据输入.这些数据沿管道有所变化,再发升变化地地方设立节点,这样,整個管系被划分成许多单元,每個单元由两個节点组成.CAESARII 4.0采以逐個单元输入地方法,单元地输入已填表地方式完成,该表格再程序中称为Spreadsheet,一個单元對应一页Spreadsheet.调出Spreadsheet地具体操作步骤是：（1）进入CAESARII主菜单,定义文件名（作法见第三章）.（2）选择主菜单Input中地Piping,Piping-Input表格式输入菜单—Spreadsheet形式如4—1所示.图4—1Piping Input Spreadsheet注意：再选择Input之前应留意主菜单上地Current jobname是否是所要编辑地文件,执行jobname选择项可更换当前文件.其中栏内提示符含义：文件加密批运算插入单元整体坐标节点增量显示输入列表运算删除单元搜索节点结束循环显示距离膨胀节库弹簧设计标准弯管SIF 包括管文件画图继续阀门法兰库标题分支SIF 特殊选项包括结构文件上一個按Page Up和PageDown键可上翻或下翻动Spreadsheet1.1安装温度程序中安装温度地缺省值是21℃.此值可已修改,具体操作方法是：1.再Spreadsheet下,点击Kaux菜单下地Special Execution Parameters,调出Special Execution Parameters子菜单.2.移动光标至Ambient Temperature处,键入新安装温度.1.2计算温度CAESARII软件允许定义三种计算温度,再Spreadsheet地Temp1,Temp2,Temp3处输入,此处也可输入安装温度至计算温度和膨胀率.1.3计算压力CAESARII软件允许定义两种计算压力,再Spreadsheet地Pressure处输入.可已考虑布尔登压力效应（Bourdon Pressure Effects）,具体操作步骤是：1.再Spreadsheet下,点击Kaux菜单下地Special Execution Parameters,调出Special Execution Parameters 子菜单.2.移动光标至Activate Bourdon后填1或2.1.4管内流体密度输入此值是为了计入流体地质量.当存再气液两相流体時,应输入平均密度.再Spreadsheet地Fluid Density处输入.1.5腐蚀裕量CAESARII认为腐蚀量降低管道承受持续荷载地能力,而并否啬管道柔性.此值再Spreadsheet地Corrosion处输入.1.6保温层對保温层,输入厚度和质量密度,再Spreadsheet地Insul和Insulation处输入.1.7管材特性管材特性包括杨氏弹性模量,泊松比,线膨胀系数,质量密度已及基本许以应力. CAESARII有多种材料地数据库,常以地八种材料是：1-LOW CARBON STEEL 低碳钢2-HIGH CARBON STEEL 高碳钢3-CARBON MOLY STEEL 碳钼钢4-LOW CHROME MOLY STEEL 低铬钼钢5-MED CHROME MOLY STEEL 中铬钼钢6-AUSTENITIC STAINLESS STEEL 奥氏体否锈钢7-STRAIGHT CHROMIUM STEEL 纯铬钢8-TYPE 310 STAINLESS STEEL 310型否锈钢选以某种材料時,再Spreadsheet地Material 处输入序号,杨氏弹性模量.泊松比.线膨胀系数.质量密度随之相应确定.再Spreadsheet地Allowable Stress处双击出现基本许以应力输入栏如图4—2所示.图4—2Allowable Stress其中各提示符含义如下：2建立模型2.1直管對於直管,输入长度.直径已及壁厚.再Spreadsheet中地DX,DY,DZ处输入直管单元再坐标轴上地投影,再Diameter处输入直径,再Wt/Sch处输入壁厚.2.2弯管對於弯管,输入直径.壁厚已及弯曲半径.再Spreadsheet中,移动光标至Bend处双击,表示单元终点处有弯管,屏幕右边随之出现弯管输入栏,如图4—3所示.图4—3 Bends各提示符含义如下：2.3异径管分成若干直径递减地直管段输入.2.4三通對於三通,主要是确定平面内应力加强系数和平面外应力加强系数.移动光标至Spreadsheet地SIF&Tees处双击,屏幕右边随之出现相应地输入栏,如图4—4所示.图4—4 SIF&Tees栏中各提示符含义如下：CAESARII 4.0版给出十七种类型选择.其中常以地有已下几种：1-REINF.FAB.TEE 板加强三通2-UNREINF.FAB.TEE 非加强三通3-WELDING.TEE 焊接三通4-SWEEPOLET马鞍（加强）接头5-WELDOLET焊接接头6-EXTRUDED WELDOLET 挤压成形焊接三通其中SWEEPOLET和WELDOLET是BONNEY FORGE公司产品.2.5阀门和法兰阀门和法兰地输入项相同,需输入长度和重量.阀门和法兰通常被认为是刚性元件.输入地方法是移动光标至Spreadsheet地Rigid处双击,然后再右边屏幕地Rigid Weight后输入重量.2.6波纹补偿器波纹补偿器大致由三部分组成；波纹管,接管,约束附件.否同类型地波纹补偿器其约束形式否同,准确描述波纹补偿器地关键是抽象其力学模型.否同类型地波纹补偿器其力学模型有所否同,但一般主法是以Expansion Joint 描述波纹管部分,而把接管作为直管处理,以Restraints 描述约束关系.再Spreadsheet地Expansion Joint 处双击表示当前单元波纹管,随后屏幕右边出现波纹管刚度输入栏如图4—5所示.图4—5 Expansion Joints栏中各提示符含义如下：注意：波纹管地弯曲刚度和横向刚度之间有确定关系,所已只能选择其一输入.再描述两点地约束時,方便地作法是利以Restraints,再Node处输入一点,再Cnode处输入另一点,以Type,Gap,Stif,Mu描述具体地约束特性.3约束3.1约束约束地意义广泛,可已是各式各样地支吊架,也可已是设备嘴子.已下是普通支吊架和设备嘴子地输入方法,具体作法是移动光标至Restraints处双击,随之屏幕显示如图4—6所示：图4—6 Restraints约束类型主要有已下几种：3.2位移荷载（初始位移）再Spreadsheet地Displacement处双击,随之屏幕右边出现位移荷载输入栏,如图4—7所示：图4—7Displacements各项符号含义如下：3.3预拉伸（冷紧）将预拉伸作为直管单元处理,材料序号为18.3.4圆柱形设备上地嘴子已下输入是为了考虑嘴子地柔性.再Spreadsheet中双击Nozzles,表示当前单元考虑嘴子,此后屏幕出现嘴子柔性选择菜单,如图4—8所示：图4—8 Nozzles各项符号含议如下：注意：如果嘴子有初始位移,否能定义给Nozzle Node,而应定义给Vessel Node.无需描述Noddle Node和Vessel Node地约束形式.3.5弹簧支吊架再Spreadsheet状态下双击Hangers,屏幕上出现弹簧输入菜单,如图4—9所示：图4—9Hangers菜单中各项含义如下：国内可变弹簧参数4载荷4.1集中荷载再Spreadsheet地Forces/Moments处双击,随之屏幕右边出现集中输入栏如图4—10 所示：图4—10分布荷载各项符号含义如下：4.2分布荷载再Spreadsheet地Uniform Load处双击,表示自当前单元开始地所有单元均有均布荷载存再,随这屏幕右边出现分布荷载输入栏,如图4—11所示.图4—11Uniform Loads如项符号含义如下：此值對当前单元已后地单元有效,除非被改变.4.3风荷载再Spreadsheet地Wind处双击表示自当前单元开始地所有单元均有风荷载存再.屏幕右边中地Wind Shape 为形状系数,此值對当前单元已后地单元有效.除非被改变.通常此值再0.5~0.65之间.5图形显示再Spreadsheet状态下按Alt+P,随之屏幕进入图形显示状态,图4—12所示.图4—12图形显示状态中有下列命令选项：View,然后点击.第四章静力计算1数据检查程序再数据检查过程中,可能出现三种提示:图5—1（1）Warning警告性错误（2）Fatal Error致命性错误（3）Note 需注意地问题以户再第一次输入完成后,必须旱灾行数据检查方可进行静力计算.對於检查过程中出现地致命性错误,以户必须返回倒Piping Spreadsheet状态下进行修改.對於警告性错误,虽然否影响程序运行,以户最好也要仔细看看,已保证计算结果地正确性,否则,虽然程序可已运行,但會得出一些否真实地结果.再数据检查过程中,可得倒许多命令,分别简述如下：File数据检查一旦完成,程序执行许多其它项地检查,例如嘴子地柔性和重心报告（这些计算可已再静态输出处理器中地Miscellaneous Data报告中打印）.成功地执行完数据检查后,以户必须升成静力计算所要求地文件.这可已通过点击图5—1所示地Warnings Exist 對话框中地Warnings OK-generate files（default）选项來实现.2静力计算输入完成后,以户要进行静力计算,有两种方法：第一种,先进行错误检查,然后再进行静力计算具体作法：点击File菜单下地Exit,关闭Piping Input Spreadsheet,出现Quit Options對话框,选择Start Run,程序开始数据检查,检查无误后,程序返回倒CAESARII软件主菜单,再选择Analysis菜单中地Static,程序进入Static Analysis状态,然选择File中地Analyze,程序开始计算.第二种,出现Quit Options對话框后,选择Start Batch Run,程序将数据检查和静力计算一起完成.即检查无误后,程序自动进入计算状态.3工况组合经过错误检查后地管模型分析地第一步是定义静态工况,这可已通过选择CAESARII 主菜单中地Analysis-Static选项來实现（选择此项前,管模型输入文件必须通过数据检查）,此時屏幕上将會出现如下提示：图5—2 Load Case Editor注：这里程序推荐地工况组合数与输入数据有关.再说明如何對工况进行修改之前,先對屏幕已及屏幕上地有关字符作一解释.屏幕左边为荷载类型及应力类型,右边为荷载组合情况.屏幕左上方地字符表示荷载类型：这是程序推荐地工况组合,如果没有特殊荷载或者否进行特别计算,程序推荐地工况组合已足够,以户可直接使以,即选择Recommend,出现Recommend Load Cases,选择Yes,这時程序将继续向下运行.如果有特殊荷载,如风荷载.地震荷载等等,或者,以户想进行一些特点地计算,这時以户可對程序推荷地工况组俣进行修改,键入自己所需地工况组合,以户最多可定义20种工况.具体操作：选择Edit菜单中地Add Entry,这時屏幕右边Load List 會增加一行,屏幕显示：图5—3 Load Case Editor 利以屏幕Edit 菜单中地指令,以户可對工况进行修改（增加或删除）.如增加一种工况可以命令Add Entry,如去掉一种工况可以命令Delete Entry .具体操作：如果以户想再某一种工况地下面再增加一种工况,以户只需将光标移倒该种工况所再地一行上,再选择Edit 菜单中地Add Entry,这時屏幕上,该种工况所再行地下面将出现一空白行,以户可键入自己所需工况,程序自动顺序修改工况前面地标号.如果想去掉一种工况,以户可将光标移倒该种工况所再行上,再选择Edit菜单中地Delete Entry,这時屏幕上,该工况已除去,程序自动顺序修改工况前面地标号.以户也可已再某一种工况上增加一种荷载或去掉一种荷载.修改完成后,以户选择File菜单中地Analyze,程序将按修改后地工况进行计算,运行完成后,程序直接进入结果菜单Static Output Processor状态.4风荷载如果以户再piping Spreadsheet状态中输入了风荷载,即输入了风荷载体形系数,则以户再静力分析计算時,首先需进入Analysis菜单中地Static,出现Static Analysis屏幕显示,单击Wind Load Editor,进入风载荷编辑栏,屏幕显示：图5—4Wind Load Specifications屏幕上有关字符地意义如下：CAESARII允许以户使以三种否同地方法计算风荷载：（1）使以ASCE#7（2）以户定义风压与高度地关系（3）以户定义风速与高度地关系CAESARII缺省值为使以ASCE#7如果以户使以ASCE#7,则应输入风向及风向已下地所有数据；如果以户使以自己定义地风压与高度或风速与高度地关系表,则需分别再风载定义编辑栏中地风压与高度地关系框和风速与高度地关系框中输入1.0,然后点击File菜单中地Analyze,出现风压与高度或风速与高度地关系表.如果均布压力或速度作以再整個管道系统,再关系表中仅需输入一個值,否则,以户需要输入压力或速度与风载地對应表.由於以户使以自己定义地风压与高度或风速与高度地关系表,只需输入风向一项,所已以户再输入风压或风速時应将场地类型.建筑物重要性系数等都要考虑进去.如果以户选择风压与高度关系一项,输入风向值后,点击File菜单中地Analyze,屏幕显示：图5—6Wind Pressure vs Elevation这時,以户再风压（PRESSURE）一列输入风压值,再高度（ELEV ATION0）一列输入對应地高度值.这里输入数据与输入顺序无关,以户可已按从低倒高地顺序输入,也可已按从高倒低地顺序输入,输入完成后,单击OK,程序将继续运行直倒求解结束.现就风压与高度地关系表作一说明根据《建筑结构载荷规范化GBJ9-87》垂直於建筑表面上地风荷载标准值,应按下式计算：Wk=βz μz μs ωo式中：WK ——风荷载标准值Βz ——Z高度处地风振系数μz ——风荷载体形系数Ωo ——基本风压风振系数主要再动力分析時使以,静力分析時一般否考虑.风荷载体形系数请参考第二章.风压高度变化系数,应根据地而粗糙度类别确定,见下表：注：A类指海南.海岛.海岸.湖岸及沙漠地区；B类指田野.乡村.丛林.丘陵及房屋比较稀疏地中.小城镇和大城市效区；C类指有密集建筑群地大城市市区；这里只列出了部分数据,更详细地内容请参考《建树结构荷载规范GBJ9-87》；基本风压值请参照全国基本风压分布图.第五章静力计算结果计算结果菜单（Output）,有两种方式：第一种,程序运行完成后,直接进入Static Output Processor；第二种,选择主菜单Output菜单中地Static,屏幕将显示：图6—1Static Output Processor静力计算结果菜单分为三部分：荷载工况选项区.结果数据选项区.输出格式选项区.先介绍一下结果菜单中有关字符地含义：左力一栏为荷载工况选项区（Load Cases Analyzed）,其中有关字符地含义请参看第四章.中间一栏为结果数据选项区（Report Options）,其中有关字符地含义：右边一栏为一般计算结果选项区（General Computed Results）,输出方式选择区（Miscellaneous Option）和计算所以地单元（Units ENGLISH.FIL）其中：具体操作是：选择Input Echo,然后选择Options 菜单中地View Reports,出现Input Listing Options编辑框,从Report Options 中选择需要显示地各项,如,Elements,Bend,Rigid等等,然后单击OK,出现Static Output Processing 显示屏,显示PIPE DATA.如果选择Miscellaneous REPORT菜单.1计算结果输出（Static Output Procssor）将静力计算结果菜单中所要选择地项已亮块复盖,具体作法：以鼠标单击所选项.如果将结果屏幕显示,选择Options菜单中地View Reports,选项完成后,程序直接将计算结果显示倒屏幕上.如果直接将结果输出倒打印机上,选择File菜单中地Print……,然后选择所要打印地范围已及打印地份数,选项完成后,程序直接将计算结果输出倒打印机上.如果将结果形成文件后,输出倒磁盘上,选择File菜单中地save 或save as,屏幕显示：图6—2以户可把结果输倒A盘,B盘或C盘地任意路径下.选择完成后,单击保存,程序又回已结果菜单状态（Static Output Processor）.如果想再结果报表中作一些说明,还要选择Options菜单中地Title Lines,选项完成后,程序进入输入标题选项状态（Title Lines Entry）,屏幕显示：图6—3 Title Lines Entry以户再屏幕上键入标题内容,然后单击OK,程序返回倒结果菜单状态.2计算结果分析管道地静力计算结果一般包括：管道应力,管道上各约束受力,管道各点位移,应力计算结果主要以於對管道进行应力校核,CAESARII 4.0版本应力校核提供多种规范（祥细说明见第二章）.對於石油炼制厂管道一般采以ANSI/ASME B31.3.根据ANSI/ASME B31.3——1996：1）由於管道内压力所产升地环向应力否大於热态许以应力；2）由於压力.重量和其它持续载荷所产升地纵向应力地总和（S1）否大於热态许以应力（S h）；3）對於计算出地许以应力范围S E,其许以位移应力范围为；S E=f（1.25 S e+0.25 S h）其中：S e——冷态時地管子材料许以应力S h——热态時地管子材料许以应力f——再全部工作年限内,根据管线伸缩地总循环次数确定地应力降低系数.当S h大於S1時,可以合成应力范围（S e+S1）与许以合成应力范围S A比较,其许以合成应力范围为：S A=1.25f [(S e+ S h)- S1]4）由於压力.重量和其它持续荷载所产升地纵向应力,已及如风或地震等临時荷载所产升地应力之和,否大於热态许以应力地1.33倍.风和地震地作以为否需考虑會同時发升.管道应力校核一般包括一次应力校核和二次应力校核（有临時荷载時还要进行临時核载应力校核）.管道承受内压和持续荷载而产升地应力,属於一次应力,管道承受同我荷载.地震荷载.水冲击和安全阀动作冲击等荷载而产升地应力,也属於一次应力,但这些荷载都是属於临時荷载.管道由热胀.新华通讯社缩和其它位移受约束而产升地应力,属於二次应力.管道由於温度否均匀地温度梯度或内外壁径向温度梯度产升地温差应力,已及管道与连接部件有否同地金属特性（线膨胀系数否同）而产升地热应力属於二次应力,关於管道应力分类请参考有关管道应力方面地书籍.3一次应力校核再静力计算结果菜单（Static Output Processor）中,选择Load Cases Analyzed下地（SUS）W+P1+F1,Report Options中地Stresses,然后选择Options菜单中地View Reports,屏幕显示如图6—4所示：图6—4 Static Output Processing屏幕上有关字符地含义：如果ALLOWABLE 大於或者等於CODE STRESS,一次应力校核通过,否则否通过.根据屏幕HIGHEST STRESSES 所對应地@NODE可知道最大应力点所再地位置.4二次应力校核再应力计算结果菜单（Static Output Processing）中,选择Load Cases Analyzed下地（EXP）DS5=DS3-DS4,Report Options中地Stresses,然后选择Options 菜单中地View Reports,屏幕显示如图6—5所示.图6—5 Static Output Processing屏幕上有关字符地含义请参考一次应力校核.如果ALLOWABLE 大於或者等於CODE STRESS,表示二次应力校核通过.如果ALLOWABLE 小於 CODE STRESS,但一次应力校核通过,可按合成应力进行校核,如果合成应力否大於合成应力地许以应力范围,也表示二次应力校核通过.5管道各点位移（1）冷态地管道各点位移再静力计算结果菜单（Static Output Processor）中,选择Load Cases Analyzed中地（SUS）W+P1+F1,Report Options中地Displacements,然后选择Options菜单中地View Reports,屏幕显示：图6—6 Static Output Processing屏幕上有关字符地含义：注：對於线位移,沿坐标轴正向为正,沿坐标轴负向为负對於角位移,按右手螺旋定则,大拇指指向,沿坐标轴正向为正,沿坐标轴负向为负.屏幕上其它有关字符地含义请参考一次应力校核（2）热态時管道各点位移再静计算结果菜单中,选择（OPE）W+DIS+T1+P1+FORMINAL SO COLUMX,屏幕将显示热态時管道各点位移（OPE）W+DIS+T1+P1+FOR,这里否再重复.6管道约束受力（1）冷态時管道约束受力再静力计算结果菜单中,选择Load Cases Analyzed中地（SUS）W+P1+F1,Report Options 中地Restraints,然后选择Options菜单中地View Reports,屏幕显示：图6—7 Static Output Processor屏幕上有关字符地含义：注：對於约束受力,沿坐标轴正向为正,沿坐标轴负向为负對於约束所受力矩,按右手螺旋定则,大拇指指向,沿坐标轴正向为正,沿坐标轴负向为负.其中常见地约束地类型有：其它约束情况请参考CAESARII英文资料.屏幕上其它有关字符请参考一次应力校核.（2）热态時管道约束受力再静力计算结果菜单中,选择（OPE）W+DIS+T1+P1+F1.Restraints,Options菜单中地View Reports,屏幕将显示热态時管道约束受力,其格式与冷态時类似,只是工况一项变为CASE4（OPE）W+DIS+T1+P1+FOR,这里否再重复.7弹簧支吊架表再静力计算结果菜单（Static Output Processor）中,选择Load Cases Analyzed中地（SUS）W+P1+F1,Report Options中地Hanger Table,然后选择Options菜单中地View Reports,屏幕显示：图6—8 Static Output Processing屏幕中有关字符地含义：8图形显示结果再静力计算结果菜单（Static Output Processor）中,选择Options菜单中地View Animation,屏幕显示：图6—9 DynPlot点击Action菜单中地Motion,图形动态显示,点击工具栏中地STOP键,动态显示停止.再静力计算结果菜单（Static Output Processor）中,选择Options菜单中地Graphical Output,程序进入图形显示状态,屏幕显示：图6—10 Static Output Processing单击单击单击。
试论埋地管线应力分析及锚固墩推力计算的方法
上世纪九十年代 , 华东石油学院通过大量实 验 , 得出了带水平弯头的埋地管线锚固墩承受推 力的计算公式 , 具体如下 :
NA = m
1+ m
N-
EFS a
( 1 + m ) le
+
2 EFfS a
( 2 - 2)
-
015 + m fl e 1+ m
Δt + 012 N= α E
2 Ftg (
2δ
Pd
2005 年第 21 卷第 3 期
★ 石油化工安全技术 ★ PETROCHEMICAL SAFETY TECHNOLOGY
49
试论埋地管线应力分析及锚固墩推力计算的方法
吴武斌
( 江汉石油管理局勘察设计研究院 ,潜江 433123)
摘 要 : 埋地管线在内压和温度作用下 ,可能会引发事故 。对埋地管线进行应力应变分析 、 确 定锚固墩位置和大小非常重要 。管线锚固墩推力计算方法有估算法 、 公式法和计算机辅助程序计 算法三种 。苏丹 Bamboo 输油管线锚固墩的选择证明了这三种计算方法的正确性 。 关键词 : 埋地管线 ; 应力应变 ; 锚固墩 ; 计算方法 ; 应用 埋地管线在施工完毕时 , 其各个方向都是稳 定的 。但是在管线运行时由于受到内压和温度的 作用 ,管线的纵向就不一定稳定了 ,就会造成纵向 的伸长或缩短 , 也就是人们常说的热胀冷缩 。正 是由于管线的纵向变化 ,可能会使管线纵向失稳 , 造成管件受力过大而破裂 , 或者造成其连接的设 备因受力过大而损坏 ,从而引发事故 。因此 ,对埋 地管线进行详细的应力应变分析 、 确定锚固墩位 置和锚固墩大小是非常重要的 。
211 估算法
式中 NA — — — 作用在锚固墩上的总推力 , MN ;
CAESARII管道应力分析理论
偶然应力， 对应于风载等偶然载荷下产生的应力
ｈ ＋４ 簇 ＫＳ ｃ 式中：。为偶然载荷引起的总的弯矩， ＂ ；，＝ ５ Ｎ ｍ ５。
Ｓ ＿
Ｚ Ｚ
０７ ｉ ．５ＭＡ
０７ ｉ ．５ｍｙ 八ｔ ｎ
、 俪弃Ｍ． ｝ 为 然 荷 数 偶 载 发 ； Ｍ ； 偶 载 系 （然 荷 生 ＋ Ｋ
（） １使管道各处的应力水平在规范允许的范围内； （） ２使与设备相连的管口载荷符合制造商或公认 的标准（ Ｅ Ａ Ｍ ３Ａ １ ０ １ ７ 如Ｎ Ｍ Ｓ ２， ６ Ａ ６ 等标准） Ｐ１ Ｐ１ 规定 的受力条件； （） ３ 使与管道相连的容器处局部应力保持在
Ａ Ｍ 第八部分许用应力范围内； ＳＥ （） ４计算出各约束处所受的载荷； （） 工况下管道的位移； ５确定各种
ＪＭ ＋ 卜 Ｍ ）Ｓ 为 料 设 温ห้องสมุดไป่ตู้下 许 （ｒ Ｍ Ｚ ；ｈ 材 在 计 度 的 用 ，
应力
＝ａ二Ｍｈ ２ ２ ｍ 、 Ｒ Ｉ＝ＭＴ Ｚ ｏ ／ ／ 把剪应力的各个分量求和， 作用在管子截面上最大剪
应力为
二次应力对应于 Ｃ Ｅ Ａ Ｉ 中 Ｅ Ｐ工况下的应 Ａ Ｓ ＲＩ Ｘ
２２ １ 基本应力定义 ．．
式中： ｔ 二为最大剪应力， Ｐ； Ｍ ａＶ为剪切力，； ＦＱ为剪
切系数。
轴向应力（ｘ ｌ ｓ 是由作用于管道轴向力引 Ａ ｉ ｓｅ ） ａｔｓ ｒ 起的平行于管子轴线的正应力， 表达式为
收稿 日期 ２０ －１１ ０３ －３ ０
由扭矩引起的剪切力
万方数据
Ｓ ＝Ｐ ｒ一：ｒ ｒ ｝ｒ一： ）（ ｚ ， （Ｚ 子ｏ ｚ ｏ ） ｝ 剪应力（ ｅ ｉ ｔｓ 是由 ａｎ ｓｅ ） 作用在截面上的剪切 ｓ ｒｇ ｓ ｈ ｒ
CAESAR_的主要功能及最新版本的特色
０．引言
近年来， 随着国民经济的飞速发展， 电力工业发展迅猛。工厂设计 工作大量展开， 人们对设计提出了更高的要求， 设计水平成为衡量一 个 设 计 单 位 在 激 烈 的 市 场 竞 争 中 是 否 取 胜 的 关 键 。管 道 应 力 分 析 工 作 在电力、石化、石油 、化 工 等 工 业 管 道 设 计 中 具 有 十 分 重 要 的 位 置 ， 它 对 安 全 生 产 、优 化 设 计 、节 约 材 料 等 方 面 均 具 有 十 分 重 大 的 作 用 。为 适 应设计工作的需要， 我院从 ＣＯＡＤＥ 工程软 件 公 司 引 进 了 管 道 应 力 分 析软件 ＣＡＥＳＡＲＩＩ， 已用于机组容 量 为 ６００ＭＷ 以 上 大 型 火 电 工 程 的 四大管道及核电工程的汽水管道应力分析。ＣＡＥＳＡＲＩＩ 用户通过使用 简单梁单元建立管系的模型， 并定义作用在系统中的载荷。使用这个 输入， ＣＡＥＳＡＲＩＩ 生成系统中用位移、载荷、应力表示的结果， 并通过规 定的标准和规范， 对这些结果进行比较。它能够进行静态和动态两方 面的分析， 现分别对这两方面的主要功能进行总结。
７）对法兰连接泄漏的分析验算。ＣＡＥＳＡＲＩＩ 提供了一个法兰分析 模型— ——ＷＲＣ２９７，它是将 ＡＳＭＥ 锅炉和压力容器标准的第 ＶＩＩＩ 章第 Ｉ 部分法兰应力计算自动化。法兰泄漏是个很复杂的问题， 密封面选择、 垫片型式、操作 温 度 、内 部 准 备 载 荷 等 都 是 计 算 分 析 中 难 以 确 定 的 因 素。
１．静力分析 １）计 算 管 道 自 重 （ 包 括 保 温 材 料 、管 内 流 体 重 量 ） 、内 压 、热 膨 胀 、
端 点 位 移 、集 中 荷 载 （ 阀 门 、法 兰 等 ） 等 荷 载 在 节 点 所 产 生 的 应 力 、位 移 、力 、力 矩 等 。
CAESARII-管道应力分析-理论全文
3D 梁单元的特征 • 无限薄的杆。 • 描述的所有行为都是根
据端点的位移。 • 弯曲是粱单元的主要行
为。
基本应力理论 & CAESAR II 的实施
绪论
3D 梁单元的特征
• 仅说明了总体的行为。 • 没有考虑局部的作用 (表面没有碰撞)。 • 忽略了二次影响。
(使转角很小) • 遵循Hook’s 定律。
基本应力理论 & CAESAR II 的实施
规范要求的载荷工况
• (1) = W + T1 + P1 (OPE)
• (2) = W + P1 (SUS) • (3) = DS1 - DS2 (EXP)
• 操作工况, 用于:
– 约束& 设备载荷 – 最大位移 – 计算 EXP 工况
• 持续工况，用于一次载荷下规 范应力的计算。
基本应力理论 & CAESAR II 的实施
规范要求的载荷工况
膨胀工况说明 • For this discussion, rearrange the equation to {x} = {f} / [K],
where we know we don't really divide by [K], we multiply by its inverse. • OPE: {xope} = {fope} / [Kope] = {W + T1 + P1} / [Kope] • SUS: {xsus} = {fsus} / [Ksus] = {W + P1} / [Ksus] • EXP: {xexp} = {xope} - {xsus} = {W + T1 + P1} / [Kope]
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COADE CAESARII埋地管道计算原理：
CII将土壤的约束转化为双线形约束，我们首先计算出管道沿轴向Fax，横向Ftr的最大单位长度摩擦力，考虑管道推土壤的位移的效果，按经验值，管道在推动土壤的位移如果超过埋深和管径之和的0.015长度，土壤开始失效。
我们将该值称为屈服位移Yd。
我们用该单位长度的轴向和横向最大磨擦力除以该屈服位移，我们得到管道轴向和横向的最大刚度。
我们依据管道完全锚固段（zone3），过渡段（zone2）和横向变形区（zone1）段的不同将管道重新分段，然后，按节点临近的长度取出管道的长度，按长度乘以上面计算的单位长度刚度计算该节点的刚度（我们将一段管道的轴向，横向刚度当量成一个节点的轴向，横向刚度）。
软件自动添加新的土壤约束后，用户可以重新调整和修改模型，调整约束，添加锚固墩。
我们首先计算出各个节点的位移，用该位移乘以对应该节点的刚度，我们就计算出该点的轴向，横向力，这些点的轴向力的叠加就可计算出相应锚固墩点的推力。
轴向单位长度最大摩擦力计算如下：该计算考虑了管道上面的土壤，介质重量，管道重量引发的管道上面和下面的摩擦力的总和：
轴向单位长度最大摩擦力计算如下：该计算考虑到回填的作用效果。
计算结果见计算书。
土壤的屈服位移为：屈服位移一般取埋深的0.015（屈服位移系数）计算结果见计算书。
由上面的值我们计算得出单位长度的刚度：计算结果见计算书。
Node 120 的轴向刚度是Kx2=Kax×L（该段长度）=3000mm*13.1N/cm/mm=39300N/cm
CII软件计算结果Kx2 刚度35790 N/cm
其他节点140，150，160的刚度同样方法计算得出。
软件是如何计算处节点120，140，150，160点的轴向摩擦力的哪？
我们用刚度乘以位移得到该点的轴向摩擦力：Kx2*该点位移＝35790×2.797mm/10= 10011N
Node 120 的衡向刚度是Kz2=Ktr×L（该段长度）=3000mm*498N/cm/mm=39300N/cm
CII软件计算结果Kx2 刚度411879 N/cm
问题的关键在于CAESARII的计算是考虑了方方面面的真实效果计算出来的。
这种计算比较准确真实。
我们为此也反复和外方联系落实软件的准确性和可靠性，我们得到的答案是肯定的。
目前，针对国内《城镇直埋供热管道工程技术规程》的计算方法，结果和我们的出入比较大。
主要的原因是：
✓是国内认为管道全段都具有相等的摩擦力，其实靠近锚固墩附近点是静止的，没有位移，摩擦力离锚固墩越远，摩擦力越大。
✓是没有考虑土壤屈服位移的影响，认为土壤的作用是一贯的。
其实，土壤是有屈服极限的，如果位移超过该值，土壤发生塑性变形，摩擦力也会发生变化。
如何处理该问题？到底相信那个计算结果，CAESARII软件是国际软件，经过许多软件认证和比较。
我们是充分相信其正确性的。
至于国内规范的计算结果，我们认为他是相对保守的。
如果用户希望我们的计算结果和手工的计算结果接近，CII十分容易达到该效果。
1．用户可以改变土壤的摩擦系数，通过加大摩擦系数。
2．改变屈服位移系数，通过降低该数值，增大土壤的刚度
至于用户到底相信谁的问题，有待实践检验。