管道热应力计算

管道的计算压力 管道的计算温度 基本许用应力 管道理论计算壁厚 管道壁厚负偏差系数 管道壁厚附加值
18 管道计算壁厚 19 管道取用壁厚 20 直管段的轴向力和热伸长 21 屈服极限增强系数 22 泊松系数 23 钢管内径 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 钢材的线膨胀系数 弹性模量 屈服极限最小值 管道的屈服温差 管道工作循环最高温度 管道计算安装温度 温差 计算温差 钢管管壁的横截面积 管道的最大单长摩擦力 管道的最小单长摩擦力
轴线方向每米管道的摩擦力 钢管基本需用应力修正系数
H Dc ρ F ψ Pd td ［σ ］ δ t χ B δ c δ
查表4.1.5（高密度聚乙烯与中沙） 查表3.1.2（φ 108×4） Dw+2tb 给定 π ρ gμ (H+Dc/2)Dc 查表4.2.2-1,无缝钢管20 给定 按计算压力 按计算温度查表B.0.1 PdD0/(2［σ ］ψ +Pd) 查表4.2.3（按负偏差10%） χ δ t δ t+B 给定
直埋供热管道预处理 1 直管段的当量应力验算 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
中间温度(未计内压影响）
预处理管段初始应力为零时管道温度
σ j≤3［σ ］ tm ti Lpr △L tp.max Ls n L Lc
-6
满足要求
(t1+t2)/2 给定 给定 α (tm-ti)Lpr tp.max≤t1 Ls≤2AEα (tp.max-tm)10 /F 给定 L≤2nLs
5 4 75 0.054 0.004 0.1 0.1 0.054 20 0.101 0.03 0.041 0.14 12.03 7.96
7
8 9 10
弯头的尺寸系数 光滑弯头的柔性系数 焊制弯头的柔性系数
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
直管横截面的惯性矩 弯头横截面的惯性矩 土壤横向压缩反力系数
焊制弯头扇形节夹角之半
焊制弯头扇形节中心线长度
l1 l2 φ rbm δ b R Rc α T λ K K
给定 给定 给定 给定 给定 给定 光滑弯头按附录C.3 单斜接缝焊制弯头按附录C.3 给定 稀缝焊制弯头 rbm(1+ctgα )/2 给定 密缝焊制弯头 (T×ctgα )/2 Rcδ b/rbm2 1.65/λ 1.52/λ 5/6
n ν Di
t
给定 钢材 D0-2t PdDi/(2δ ) 按计算温度查表B.0.2 按计算温度查表B.0.2 按计算温度查表B.0.1 ［nσ s-(1-ν )σ t］/(α E) 热网计算工作温度 安装时当地的最低温度 t1-t0 π /4(D02-Di2) π ρ gμ max(H+Dc/2)Dc π ρ gμ
2 2
0.000 0.010 70 0.226 8420.53 2684.56 7850 100.489 980 301.719 1000 102.369 504.576 11609.7
不满足要求
每米长管道上方的土层重量
钢管的密度 每米长钢管自重 介质密度 每米长介质自重 保温层密度 每米长保温层自重 每米长预制保温层自重
6
150 75 104.93 52.47 2.00 0.66 2.86 0.30 20784.6
9
固定墩推力
H
2.l1≥Lmax>l2,Na-0.8(Fminl2+Ff2) 9 固定墩推力 H 3.Lmax>l1≥l2≥Lmin,ψ Na-0.8Ff2
5.Lmin≥l1≥l2,Fmax(l1-0.8l2)+Ff1-0.8Ff2
作用在单位长度管道上的垂直分布荷载
G1
2
G2
3
G3
判断
1.7E+09
固定墩设计 1 固定墩后背土压力折减系数 2 被动土压力 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 综合抵消系数 推力系数
固定墩底面与土壤产生的摩擦力 固定墩侧面与土壤产生的摩擦力 固定墩顶面与土壤产生的摩擦力
K Ep f1 f2 f3 Ea T Kp
右侧活动端对管道伸缩的阻力
Ff2
5000 33.74
l1 ［L-(Ff1-Ff2)/Fmin］/2 48 驻点左侧过渡段长度 49 管段伸长量 △l t -t ≤△T 或L≤L ,整个过渡段处于弹性状态工作时 49.1 1 0 y min 管段伸长量 △l ［α (t1-t0)-FminL/(2EA106)］L 49.2 t1-t0>△Ty且L≥Lmin,管段中部分进入塑性状态工作时 设计布置的管段长度 L 根据条件判断 α (t1-△Ty-t0)(L-Lmin) 过渡段的塑性压缩变形量 △lp 管段伸长量 判断
2.l1≥Lmax;lt.max>l2,Na-0.8(Fminl2+N2)+PdA0
362538 1.86 0.85 2.20 0.46 0.92 0.00785 20784.6 107476
3.l2≥Lt.max;Lmax>l1,Na-0.8(Fminl1+Ff1) -37846
4.Lmax>l1≥Lmin;lt.max>l2≥lt.min, l1>l2,ψ "Na-0.8N2+PdA0 l2>l1,ψ "Na-0.8Ff1
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
初始挠度 最终初始挠度 土壤的内摩擦角 土壤静压力系数
每米长管道上方土体的剪切力
f0 f0 φ K0 SF Gw ρ ρ ρ G Q
1
π /200(EIp/Np.max)0.5 当f0<0.01m时，f0取0.01m 给定 1-sinφ ρ g(H+Dc/2)2·K0·tanφ [H·Dc+(4-π )/8Dc2]ρ g 给定 ρ 1gA 按95℃热水查表 π /4×Di ρ 2g 给定 π /4(Dc2-D02)ρ 3g G1+G2+G3 Gw+G+SF Q≥γ s·Np.max f0/(E·Ip) γ s·Np.max2f0/(E·Ip)
与土壤特性和管道刚度有关的参数
Ip Ib C К Cm Z 按4.1.6选取 (DcC/(4EIp106))0.25 l1≥2.3/К 1/(1+KК Rcφ (Ip/Ib)) Atg (φ /2)/(2К 3Ip(1+Cm)) ［α E(t1-t2)-ν σ t］A10 (Z2+(2Z/Fmin)Na)0.5-Z
6 2
1.8E-06 1E-06 1E+07 1.06145
满足要求Biblioteka Baidu
0.253 145.167 166120 81.85 37.17 5.00 4.00 4.50 754.077 6557.08 273160 74059.4 41.67 0.11111 -0.1111 6752.91 6357.95
104.93 52.47 70 75.18
满足要求
t2 σ
j
30 164.67
满足要求 直管段的当量应力验算 6 Na ［α E(t1-t0)-ν σ t］A10 (管道工作循环最高温度下） 207846 锚固段内的轴向应力 当不能满足42的条件时，管系中不应有锚固段存在 左侧活动端对管道伸缩的阻力 Ff1 10000
36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47
过渡段最大长度 过渡段最小长度 设计布置的过渡段长度 过渡段长度判断 管道工作循环最低温度
内压、热胀应力的当量应力
Lmax Lmin L
［α E(t1-t0)-ν σ t］A106/Fmin ［α E(t1-t0)-ν σ t］A106/Fmax 给定 ［3［σ ］-σ t］A106/(1.6Fmax) 全年运行的管网 (1-ν )σ t-α E(t2-t1) σ j≤3［σ ］
轴向应力
水平转角管段的过渡段最大长度 水平转角管段的过渡段最小长度
Nb lt.max
lt.min (Z2+(Z/Fmin)Nb)0.5-Z 水平转角管段弯头弯矩变化范围计算 lc1 当l1≥l2≥lt,取lc1=lc2=lt lc2 lcm M N B Q U n1 n2 lc1侧的轴向力 lc2侧的轴向力 N1 N2 当l1≥lt≥l2,取lc1=lt,lc2=l2 当lt≥l1≥l2,取lc1=l1,lc2=l2 平均计算臂长 (lc1+lc2)/2 公式见附录C.1.2-2 公式见附录C.1.3-2 公式见附录C.1.3-5 公式见附录C.1.3-6 公式见附录C.1.3-7 (lc1-lc2)/(lc1+lc2) (lc2-lc1)/(lc1+lc2) (B+Q·n1)/U (B+Q·n2)/U
保温管外壳与土壤之间的最小摩擦系数
数值 0.108 0.004 0.025 0.3 0.4 0.2 0.6 0.158 3000 2971.15 1.00 3 236 134.1 0.00119 0.167 0.0002 0.00139 0.004
满足要求
μ
min
管顶覆土深度 预制保温管外壳的外径 土壤密度
给定
0.6
主动土压力
供热管道对固定墩作用力
抗滑移系数
(KEp+f1+f2+f3)/(Ea+T)
1.4
满足要求
Kp≥1.3 判断 等径等壁厚管道各种布置方式的固定墩推力 l1 长管长度 给定 短管长度 过渡段最大长度 过渡段最小长度 l2 Lmax Lmin ψ η 给定 ［α E(t1-t0)-ν σ t］A10 /Fmin ［α E(t1-t0)-ν σ t］A106/Fmax l1/l2 按l1/l2查图E.0.3-1 l1/Lmin 按l1/Lmin查图E.0.3-2 1.l1≥l2≥Lmax,0.1·Na
γ l
s
给定 当l≥Lmin时，l=Lmin Fmaxl+Ff
［α E(t1-t0)-ν σ t］A106(管道工作循环最高温度下）
1.1 10000 52.47 217846 207846 217846
Ff Nt.max Na Np.max
过渡段最大轴向力 锚固段内的轴向力 管道的最大轴向力
Nt.max和Na中的大者
0.04665 70 -0.0084
△l ［α (t1-t0)-FminL/(2EA106)］L-△lp 0.05501 △l 根据条件判断 0.04665
转弯管段的应力验算 一 直埋水平转角管段计算 1 长臂长度 2 3 4 5 6 短臂长度 长短臂之间夹角 弯头横截面的平均直径 弯头壁厚 弯头的实际曲率半径 弯头的计算曲率半径
min(H+Dc/2)Dc
1.3 0.3 0.1 37.5 1.2E-05 176000 215.8 119.41 95 15 80 80 0.00131 3961.54 1980.77
钢管内压引起的环向应力 σ
α E σs △Ty t1 t0 △t1 A Fmax Fmin
△t 当t1-t0〉△Ty时为△Ty，反之为△t1
85000.2 133179
4.Lmax>l1≥Lmin≥l2,Na-η Fmaxl2-0.8Ff2 114712
或Fmaxl1+Ff1-0.8(Fmaxl2+Ff2) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 综合抵消系数 管道流通面积 固定墩推力 η A0 H 推力系数 ψ" 推力系数 ψ＇ 判别值 判别值 l1 l2 (l1-Lmin)/(Lmax-Lmin) (l2-lt.min)/(lt.max-lt.min) l1/l2 按l1/l2查图E.0.3-1 l2/l1 按l2/l1查图E.0.3-1 l2/lt.max 按l2/lt.max查图E.0.3-2 π /4(D0-2t)2 1.l1≥Lmax;l2≥lt.max,0.1·Na
直埋供热管道计算（整体式预制保温）
序号 名称 符号 公式 管壁厚度的计算 D0 1 管子外径 给定 2 管子壁厚 t 给定 tb 3 保温层厚度 给定 保温管外壳与土壤之间的摩擦系数 4 μ 查表4.1.5（高密度聚乙烯与中沙） 5 保温管外壳与土壤之间的最大摩擦系数 μ max 查表4.1.5（高密度聚乙烯与中沙） 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
水平转角管段的计算臂长
转角管段的弯矩变化范围
22
弯头轴向力
弯头轴向力当lc1=lc2=lcm时
当lc1≠lc2时
二 直埋竖向转角管道计算 弯头在下时按水平转角计算，弯头在上时按以下规定 三 四 1 2 3 4 5 6 三通加固(按附录D) 管道竖向稳定性验算 安全系数
活动端对管道伸缩的阻力
过渡段内计算截面距活动端的距离