第15章供热管道的应力计算

在供热管网工程设计中，对于连续敷设,均布载荷的水平直
管, 支吊架最大允许跨距大多采用下列公式计算：
Lmax =2.24
w[]t
q
式中 Lmax——管道支吊架最大允许跨距，M ； q ——管道单位长度计算载荷，N/m, q=管材重+保温重+附加重； w——管道断面抗弯矩，cm3 ；
——管道横向焊缝系数，见表15-2;
第十五章 供热管道的应力计算
§15-2 管壁厚度及活动支座间距的确定
（一）按强度条件确定管道支吊架允许跨距 供热管道支承在支吊架上，管道断面承受由内压和持续外载产生的一 次应力。根据《技术规定》，管道在工作状态下，由内压和持续外载产生 的轴向应力之和，同样不应大于钢材在计算温度下的基本许用应力值。
eq t
第十五章 供热管道的应力计算
§15-2 管壁厚度及活动支座间距的确定
eqp0.5D o S -Y aS-a
式中
eq ——内压折算应力，MPa；
S ——管子最小实测壁厚，mm；
二、管道支吊架的跨距的计算
在确保安全运行的前提下，应尽可能扩大管道支吊架的跨距， 以节约供热管线的投资费用。管道支吊架的最大跨距(允许跨距)， 通常按强度条件和刚度条件来确定。
§15-2 管壁厚度及活动支座间距的确定
式中 S m ——直管的最小壁厚, mm; p——设计压力,指管道运行中内部介质最大工作压力。
对于水管道，设计压力的取用，应包括水柱静压的
影响，当其低于额定压力的3℅时，可不考虑。
D0 Di
MPa; ——管子外径,
mm;

——管子内径, mm;
[ ] t ——钢材在设计温度下的许用应力, MPa;
第十五章 供热管道的应力计算
第十五章 供热管道的应力计算
§15-1 概述
供热管道应力计算的任务是计算供热管道由内压力、外部荷载和 热胀冷缩引起的力、力矩和应力，从而确定管道的结构尺寸，采取 适当的补偿措施，保证设计的供热管道安全可靠并尽可能经济合理。
进行应力计算时，主要考虑下列荷载所引起的应力： 1.由于管道内的流体压力（简称为内压力）作用所产生的应力。 2.由于外载负荷作用在管道上所产生的应力。外载负荷主要是管道 自重（管子、流体和保温结构的重量）和风雪载荷（对室外管道）。 3.由于供热管道热胀冷缩所产生的应力。
管道在一定的跨距下总有一定的挠度。根据对挠度的限制而确定支吊架 的允许间距，称为按刚度条件确定的支吊架允许跨距。
对具有一定坡度i的管道，如要求管道挠曲时不出现反坡，以防止最 低点处积水排不出或避免在蒸汽管道启动时产生水击，就要保证管道挠曲 后产生的最大角应变不大于管道的坡度（见图15-2管线1所示）。管道在 一定跨距下总有一定的挠度,由管道自重产生的弯曲挠度不应超过支吊架跨 距的0.005(当输水,放水坡度i=0.002时)。对于连续敷设均布载荷的水平直 管支吊架最大允许跨距，供热工程中大多按下列公式计算：
由于支承在多个支吊架的管道，可视为多跨梁。根据材料力学中 均匀载荷的多跨梁，其弯矩如图15-1所示。最大弯矩出现在活动支座处。 根据分析，均匀载荷所产生的弯曲应力，比由于内压和持续外载所产生的 轴向应力大得多。为了计算方便，本书第三版在确定支吊架跨距时只计算 由均匀荷载所产生的弯曲应力，而采用一个降低了的许用应力值（称为许 用外载综合应力），管道自重弯曲应力不超过管材的许用外载综合应力值, 以保证管道的安全。
第十五章 供热管道的应力计算
§15-2 管壁厚度及活动支座间距的确定
图15-1 多跨距供热管道弯矩图 1--管线按最大角度不大于管线 坡度条件下的变形线；
图15-2 活动支座间供热管道变 形示意图
2--管线按允许最大挠度ymax条 件下的变形线
第十五章 供热管道的应力计算
§15-2 管壁厚度及活动支座间距的确定
第十五章 供热管道的应力计算
§15-2 管壁厚度及活动支座间距的确定
式中
3
Lmax =0.19
100Et Ii0 q
q——管道单位长度计算载荷，N/m，q=管材重+保温重+附加重； Et——在计算温度下钢材弹性模量，MPa ； I——管道截面二次距，cm4 ； io——管道放水坡度, io≥0.002。
第十五章 供热管道的应力计算
§15-1 概述
一次应力
根据危害程 度的不同分
二次应力 峰值应力
管 道
1.选定或校核钢管壁厚；
应 力
2.确定活动支座的最大允许间距。
计 算
3.分析固定支座受力情况，计算其受力大小；
的 主
4.计算供热管道的热伸长量，确定补偿器
要
的结构尺寸及其弹性力等。
项
目
第十五章 供热管道的应力计算
当采用锻制生产或挤压生产控制内径时，可按内径公式确定最小
壁厚。对于有纵缝焊接钢管和螺旋焊缝钢管，亦按管子外径公式
确定最小壁厚。
第十五章 供热管道的应力计算
§15-2 管壁厚度及活动支座间距的确定
直管计算壁厚Sc应按下列方法确定:
式中
c———直管壁厚负偏差的附加值, mm；
如已知管壁厚度，进行应力验算时，由内压力产生的折算应力不得大 于钢材在设计温度下的许用应力，即:
Y ——温度对计算管子壁厚公式的修正系数;
a ——考虑腐蚀、磨损和机械强度要求的附加厚度, mm;
——许用应力的修正系数。
第十五章 供热管道的应力计算
§15-2 管壁厚度及活动支座间距的确定

取用哪种公式计算与所选管子的生产工艺有关。对于无缝
钢管，当采用热轧生产控制外径时，可按外径公式确定最小壁厚；
§15-2 管壁厚度及活动支座间距的确定
一、管壁厚度的确定
供热管道的内压力为一次应力，承受内压力的最小壁厚Sm的计算：
按直管外径确定时:
sm
2[]tpDo 2Ypa
按直管内径确定时:
ｓ ｍ ＝ ｐ D ２ ｉ 2tｔ 2ａ p12Y Ｙ pa
第十五章 供热管道的应力计算
[σ]t——钢管热态许用应力，MPa ，按附录15-1 确定。
第十五章 供热管道的应力计算
§15-2 管壁厚度及活动支座间距的确定
对于地下敷设和室内的供热管道，外载荷重是管道的重量（对蒸汽 管包括管子荷保温结构的重量，对水管还要加上水的重量）。对于室外 架空敷设的供热管道，q值还应该考虑风载荷的影响。 （二）按刚度条件确定管道支吊架允许跨距