埋地管线应力分析.doc

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1、埋地管线应力分析摘要：本文主要介绍不同规范埋地管线的计算方法及应力计算软件CAESAR【I的模型理论基础关键词:土壤，荷载，位移，约束，许用应力Abstract:thispapermainlyintroducesthedifferentnormsofundergroundpipelinecalculationmethodandthestresscalculationsoftwareIICAESAR'smodelandtheoreticalbasisKeywords:thesoil,loadanddisplacement,cons

2、traint,allowablestress中图分类号：C34文献标识码：A文章编号：概述埋地管线应用广泛，常见的有输油、输气管线，城镇燃气、供热管线,消防、污水、雨水、给排水等。埋地管线输送距离长，出现问题不易觉察，输送介质多为基础性的介质，一旦出现问题，影响范围大，检修量大,工序复杂，所以对埋地管线的分析尤为重耍。2•埋地管线应力分析2.1埋地钢制管道的受力计算-壁厚、埋深校核(IIG/T20645)化工厂埋地管线，土壤环境多变，埋深条件和交通状况复杂，不进行校核计算，存在安全隐患。《化工装置管道机械设计规定》HG/T206

3、45的计算理论来口于德国的“埋地管的(静)受力计算指南”，在考虑交通荷载，土壤压力的作用下对于埋地管线的强度、刚度和稳定性进行计算，对于一般埋地管道樂厚和埋深的验算校核具有指导意义。2.1.1强度校核：在内压和土壤荷载以及交通荷载共同作用下，管道最大拉应力是轴向应力(N/F)与弯曲应力(M/W)的叠加，取轴向应力安全系数Sn二1.5,弯曲安全系数Sb二1.1。管道最大拉应力控制在材料屈服强度的三分之二的范围内，被认为管道强度合格，公式如下：。=sn••+Sb•Wo=1.5(•

4、226;q)-1・1[•(.q]q二+2.1.2刚度校核：在内压和土壤荷载以及交通荷载共同作用下，管道的水平方向或者垂直方向的直径变形量与管道直径的比值小于3%,被认为管道刚度合格，公式如下：△dyh/daW3%二±2(1-2.1.3变形量校核：临界安全系数22・5满足要求对于给定壁厚的埋地管道，须同时满足三个方面的校核耍求，若英中一项不满足，应重新假定壁厚校核，直到所选壁厚满足要求为止。式中参数：。-管道应力N-轴向力卩-横截面积M-弯短W-截面系数S-管子计算壁卩-内压血-管子外径rm-管道平均半径pk-管道变形

5、临界压力ri-管子内半径3-系数入-地压系数0.5ZSdiih-垂直方向或者水平方向的直径变形量q-单位面积上的总荷载2.2CAESARII埋地管道计算原理CAESARII把土壤约束转化为双线形约束，用户自行建立土壤模型。它的计算理论来源于L.C.PENG的“埋地管线应力分析方法”，引进土壤屈服位移Yd概念•按经验值，认为管道推动土壤的位移如果超过埋深和管径之和的0.015长度，则土壤失效，首先计算管道轴向Fax和横向Ftr的最大单位长度摩擦力，用单位长度摩擦力除以屈服位移，从而得到轴向和横向的最大刚度。软件自动把管道分成完全锚

6、固区、过渡段和横向变形区，按节点临近长度取出管道的长度，按长度乘以单位长度刚度计算该节点的刚度，通过各个节点的位移乘以对应节点的刚度而得到该点的轴向力和横向力，从而评定管道各个点的应力水平。2.2.1单位长度轴向力：轴向力主要是阻碍管道轴向位移的土壤摩擦力，力的分布布满整个圆周，大小为摩擦系数和作用力的乘积，但是这样的模型计算比较困难，所以采用简化模型，作用于管子上的力可以分为作用于管道上部的力W,作用于管底的作用力W+,为管道和内部介质的重量，对于管道埋深为管道直径的一到二倍的情况下，轴向摩擦力为：ƒ二p(W+W+)

7、/12或者ƒ二》(2yDH+)/12对于埋于地下水层以下的管道，在计算受力时要剪掉浮力的影响ƒ-单位长度轴向摩擦力，lbs/in卩-管道和土壤的摩擦系数Y-冋填土密度lbs/D-管道外径fUI-土壤表面到管道表面的深度-管道及介质重量lbs/in2.2.2单位长度横向力：单位长度横向力可理想化分为弹性阶段和塑性阶段两部分。当管道水平移动的时候，在它的前血受到一个土壤的正压力，同时受到背面土壤的另一个作用力，但是当它出现位移时，背面和土壤出现了缝隙，背面的作用力就可以忽略不计了，此时横向力就是土壤正面正压力。单

8、位长度横向力为：U二（45+其中：U-单位长度土壤阻力"-内摩擦角2.3《城镇直埋供热管道工程技术规程》CJJ/T81-98中的管道受力与应力验算2.3.1直埋供热管道一般由直管、弯头、二通补偿器和固定支座组成。《规程》依据弹塑性理论来计算管线应力。规定管道在由