等值刚度法管道静力计算程序及其使用

等值刚度法管道静力计算程序及其使用

编制：蔡立颖

校对：施杰峰

审核：时伟

杭州锅炉集团有限公司

（杭州锅炉厂）

二零零三年一月

前言：

等值刚度法属力法的计算范畴，与之对应的还有位移法（即有限元法）。根据电力部标准《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定》（SDGJ6-78）编制，只能计算树状分支；如遇环形，用刚性支点分割。原理是将两个分支等效为一个分支，依此类推将多分支等效为单支结构。

（一）计算程序的编制

本计算程序是根据“管道应力计算技术规定”的要求编制的，计算内容与计算原则如下：

（1）管道在工作状态下，由内压和持续外载（包括自重）作用产生的一次应力验算，并给出工作状态下各支点的荷重。

（2）管道由热胀、冷缩和其它位移受约束而产生的二次应力计算，按计算管道沿坐标轴的全补偿值和钢材在20o C时的弹性模数计算，并考虑弹簧的附加力的影响。

（3）管道在工作状态下对设备（或端点）的推力和力矩计算。考虑热胀、端点附加位移、有效冷紧和自重，按钢材在计算温度下的弹性模数计算。

（4）管道在冷状态下对设备（或端点）的推力和力矩计算。考虑冷紧、自重和弹簧附加力，按钢材在20o C 时的弹性模数计算。并必须比较运行初期冷状态下的力和力矩同应变自均衡后的自拉力和力矩，取其

大者（绝对值）作为管道在冷状态下对设备（或端点）的推力和力矩值。

（5）管道由冷状态到工作状态的热位移的计算。按计算管道沿坐标的全补偿值和刚才在20o C时的弹性模数计算，并考虑弹簧附加力的影响。根据各支吊点的热位移和工作载荷，选择弹簧并给出弹簧的予压缩

值。

（6）管道由冷紧和弹簧附加力作用的位移值计算，以作为管道支吊架设计和安装调整的一个依据。按冷紧值、自重和钢材在20o C时的弹性模数计算，并考虑冷紧口位置和弹簧附加力的影响。

根据计算内容和等值刚度法的特点，计算程序分为四个工况：

工况1，简称“自重工况。进行自重分配，计算弹簧支吊架的工作载荷，同时计算出管道分支的力，以作为一次应力验算的依据。

工况2，简称“初热”工况。计算管道运行初期在工作状态下对设备（或端点）的推力，同时算出刚性支吊架的荷重。

工况3，简称“由热自冷”工况。进行热胀二次应力验算，并根据工况1算出的自重作用力和力矩，进行一次应力验算，以及一次加二次应力验算；这个工况还计算出弹簧吊架的安装荷重；根据应变自均衡的情况，求出应变自均衡后冷状态管道对设备（或端点）的推力和力矩，以及这个状态下刚性支吊架的荷重。在这个工况中，还给出各支吊点的热位移并选择支吊架弹簧。

工况4，简称“初冷”工况。计算管道安装状态下对设备（或端点）的推力和力矩以及刚性支吊架的安装荷重，同时给出弹簧支吊架的冷紧位移值。

程序总框图如图1-26所示。

在总框图中：SR框——输入原始数据并打印原始数据。

SSJB框——形成GXB（管种计算系数表）、GDB（管端表）、GDWYB（管端位移表）、LJB（连接表）、LLB（冷拉表）、YJB（元件表）、SJTJB（数据统计表），有给定荷重时，把值送入PCB（弹簧荷重表）。

SFZYJ框——形成THB（弹簧表）、BAB（坐标旋转矩阵表）、BAZB（Ba指示表）、MZBB（未坐标表）、PWSB （自重等值表）、DTB（热膨胀位移表）、DWB（自重位移表）、FB（分支集中荷载柔度矩阵表）。

SEFZ框——算出每一个分支的始端力P和未端位移D。

XTH框——选弹簧，形成YSB（约束表）。

SYL框——计算一次应力、二次应力和一次加二次应力，形成YLB（约束类型表），并打印应力表。

STL框——算推力，形成PGB（分支始端力表）、PCB（弹吊荷重表）、PMTB（对管端热态推力表）、PMOB（对管端冷态推力表）、PMTSB（对管端热松弛推力表）、PMOSB（对管端冷松弛推力表）、PTB（热推力表）、POB（冷推力表）、POSB（冷松弛推力表）、LWYB（冷位移表）、RWYB（热位移表）。

DY框——打印支吊架表、推力表和冷拉表。

图1-26

（二）计算程序的使用范围

用等值刚度法编制的这个多分支管道静力计算程序，可用于TQ—16型电子计算机，计算“树形”多分支管道。同时，必须注意管道的一个分支节点只能直接连接三个分支。当一个分支节点上连接四个及以上分支时，其连接点处可错开一个微小直元件。

由于TQ—16型电子计算机储存容量的限制，管道算题的容量应控制在下列范围内。

（1）原始数据数（SJS）≤1500；

（2）管道分支数（FZS）≤95；

（3）管子品种数（GZS）≤30；

（4）需校验管端坐标的管种数（GDS）≤20；

（5）有附加位移的管端数（GDMY）≤20；

（6）元件数（YJS）≤300；

（7）约束分支数（支吊架数——YSS）≤80；

（8）冷紧口数（LLS）≤20；

（9）元件改变走向次数（Ba）≤50；

（10）环内分支数（DFZS）≤20；

（11）环节点数（JDS）≤10。

（三）原始数据的填写方法

1．原始数据填写前的准备工作

1）绘制计算管道的单线立体图。

2）选取基准坐标系。基准坐标系用右旋直角坐标系（OXYZ—即四指由X-->Y，拇指方向为Z；四指由Y-->Z，拇指方向为X；四指由Z-->X，拇指方向为Y）。坐标系的原点O可以选在任意点上（一般宜选在计算管道的某一端点），规定Y轴正方向为垂直向上，一般取X轴为主厂房纵向的水平轴，Z轴为主厂房横向的水平轴。

3）划分管道分支。管道分支一般以分支节点来划分，分支点可以是管道分叉点、支吊点、冷紧点、端点、不同管材管子的连接点，或者管道上指定的任一验算点，凡是分支点与节点之间的管道或支吊架作为一个分支。分支划分以后，对分支节点编号，节点号可取0至999中的任一正整数，但不应重号。

每一个分支，不能以弧元件开始或结束。如遇此种情况，则要在其前或后加一个微小直元件，譬如0.00001，这样并不影响计算结果的正确性。同样，两个弧元件相连时，中间亦须加一个微小元件，其方向为两弧的公切线方向。

三通件不能直接与刚性元件相连，末梢分支的元件不能全部是刚性元件，如遇这两种情况，亦可加一个微小元件。

4）元件的划分。计算管道中的元件，按其性质、形式、形状和管子规格来划分：直管、弯管、（包括热压弯管、焊接弯管）、热挤压三同、各类焊制三通件为柔性元件；阀门、对焊法兰、铸钢三通、铸钢弯头等刚度大的元件作为刚性元件（铸钢弯头用两个相交的刚性直元件代替）。元件划分以后，标出每个元件在各坐标轴上的投影长度（或角度）。对于大小头，一般可按大头管子计算。

2．原始数据填写的格式

原始数据填写分四个数据段，顺序按下列四张表格填写

1）第一数据段表1-1