浅析钢管开孔补强

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1、..第19卷鞍山钢铁学院学报Vol19No6.an...3年JournalofAnshInstituteof1乙5TeehnologyDee199石浅析钢管开卜强王焕强(基建处)摘要主要对常见的等面积补强作了一些分析,使我们清楚地看到补强的范围及面积大小,以便在工作中应用起来,得。心应手开孔,应力集中.补强关键词Tv314分类号在,,。:、管道和压力容器上由于工艺上和结构上的要求常常需要开孔例如需接出支管设置人孔、手孔等。当管道和容器开孔以后,一方面由于主壳体被削弱,会引起应力增加或强度减弱,另一方面由于结构连续性被破坏,主壳体与支管的变形不一致,在开孔处将产

2、生较大的附.。上述“”。,25一加应力现象叫应力集中例如圆柱体接管处的局部应力可能达到未开孔时的.35倍。在这样大的局部应力作用下,再加上接管上还有外部载荷所产生的应力和热应力,以,。及材质和制造缺陷方面等因素的综合作用使接管处成为最薄弱的环节开孔处的强度减弱,与开孔的位置、开孔大小及管道的工作压力和工作温度有关。同样的工作压力和工作温度,开孔愈大,强度减弱也应愈大。因此,当开孔达到一定数值时,必须在开孔处采取加强措施,称为开孔的补强。钢管上开个单孔允许不补强的最大直径,(称为最大未加强孔)至今尚无可靠的理论分析我国锅炉强度标准规定的圆筒壳体上未加强孔的最大允

3、许孔径为〔、〕一5.1守。二(s一e)(1一、)(1),。,;;式中〔的为未加强孔的最大允许直径mmD为锅筒或主管内径mmS为锅筒或主管取用,尸D,,,mm;Cmm;K为系数K-壁厚为附加壁厚’(a200〔〕一P)(S一C),,系数K实质上是圆筒的实际减弱系数K值愈小最小减弱系数区域以外的强度裕度愈,,,大(因整体壁厚是由削弱最严重的部分所决定的)因此在未被减弱区域开设单孔时其允许。,一,孔径愈大当容器上不存在孔排或焊缝的减弱并且壁厚没有裕度时(K1)是不允许存在任何大小的未加强孔。C,、。附加壁厚包括三项附加值壁厚负公差腐蚀裕度和螺纹深度对壁厚S镇20mm的

4、碳铜与合金钢无缝钢管,腐蚀裕度和壁厚负公差两项附加值为C=0.1775+(l一1.5)(2),。,m管子采用螺纹连接壁厚附加值应包括螺纹深度采用普通螺纹公称直径为15一20m时,螺纹深度为1.162mm;公称直径为25一150mm时,螺纹深度为1·479mm...收稿日期:1996一04一08作者:男,32,工程师鞍山钢铁学院学报1996年管道和压力容器上开孔尺寸大于允许值,,。色应将孔加强以降低孔边缘的应力高峰A亡il』}}】三开,“巨口[二三」丈孔补强计算方法多种多样通常采用等旧d门:.‘d”。,l1面积补强计算法等面积补强法就是使补强.凡丫二!一一,备甲

5、砚叮/的金属量等于或大于开孔所削弱的金属量。如万厂二二口l焦份厂i璐羚F二二}l.,⋯阶分//门,,1l!图所示它以开孔中心线纵断面上的正投影..!面积来计算。补强金属在开孔中心线纵断面上,的正投影面积必须等于或大于主管上由于开图1等面积补强计算简图孔而削弱的正投影面积。1主管上因开孔而削弱的金属面积,由图1可见主管上因开孔而削弱的金属面积(图中网状线部分)等于主管承受内压所需壁厚与开孔直径的乘积F一ds,(3)F,Z;d,;S,式中为主管因开孔而削弱的金属面积mm为开孔直径mm为主管承受内压所需壁厚,mm.(不包括附加值)管道开孔直径d,在运行过程中不断被腐

6、蚀而扩大,应采用被腐蚀后的孔径,d~d+。ZC(4).d。,;。,式中为支管内径mmC为支管壁厚附加值mm2补强有效范围补强金属应处于主支管的接合部位才能起到补强作用。等面积补强法的有效补强范围,在A,B,c,。,上图中D四点所组成的长方形内据此有效补强宽度和高度分别为有效补强宽度b一Zd(5)有效补强高度。一寸硫一般用短管或垫板对大孔进行补强,应牢固地焊在主管或容器上,使之和主管或容器一起承担力的作用。短管或垫板只在孔边缘附近一定区域内的部分才起补强作用。沿壳体方向,这,。个区域扩展到直径近于2倍孔径的同心圆范围内应力集中即存在于此区域内孔边缘附近应力衰减情

7、形,见图2.应力衰减在距离2a,以内变化明显故有效补强宽度在此范围内效果最夏勇仗濡’林一了丫丫2J..a圆筒形壳体b球形封头图2孔边缘附近应力衰减曲线图3短管端部弯矩分布图对于短管,还存在沿高度方向的有效加强范围。短管端部的变形由于受到筒体的约束,将:19卷6期王焕强浅析钢管开孔补强,。,,,在端部产生弯矩及剪力弯矩分布如图3示由图3可见2值越大弯矩下降越快当Z-,..。,。心值时M一。117、可认为Z、范围内弯矩的影响较明显、-、称为有效而;而瓦丽补强高度,补强所必须的金属面积应处于加强支管座的补强有效高度内。3可做为补强金属的面积在有效补强范围内,主支管

8、上除去承受内压所需壁厚和附加值外,所有