全國服務熱線

13363662844

新聞資訊
聯系我們
電話:13363662844
傳真:0317-6898576
服務熱線:13363662844
郵箱:[email protected]
地址:河北省滄州市孟村回族自治縣塔上工業區
當前位置:主頁 > 新聞資訊 > 彎頭知識 >
彎頭知識

相關規範針對直埋彎頭的應力計算

作者:孟村彎頭 時间:2019-05-17 10:56
       直埋敷设供热彎管,与地沟敷设、架空敷设等供热彎管相比,主要区别在于直埋彎管两侧的侧向位移受到土壤反力作用不能自由伸缩,因而大大降低了它的自然补偿作用。另一方面应力验算的验算点发生了变化。
       众所周知,地沟敷设供热彎管其“L”型补偿器的应力验算点是短臂的固定点处,而采用直埋敷设時危险点出现在“L”型彎管的上下两侧。直埋彎頭作为直埋供热管道的重要构件,既是过渡段热膨胀的自然补偿器又是管道系统受保护的元件。当彎頭侧臂较长,曲率半径较小,循环温差较大時,会招致峰值应力,发生低频次的循环塑性变形。尽管和无补偿直管道不同,循环塑性变形对彎頭晶体结构的损伤要小得多,但是仍会在循环一定次数后发生疲劳破坏。因此,直角彎管设计的任务是能进行彎頭的疲劳分析,了解影响彎頭应力变化的因素,根据实际情况选择曲率半径、侧臂长度,为彎頭提供弹性膨胀区域,在满足使用寿命的条件下,使彎頭的补偿能力最大化。
1、直埋規程
      彎頭的受力情况与彎頭的处理方式有很大的关系,不同的处理方式,彎頭的應力驗算點和計算方法都有很大的區別。
1.1彎管的工程做法
     为了充分利用自然彎頭的补偿能力,通常在供热管网的直埋设计中对彎管的彈性臂側做特殊處理,總結幾年的工程經驗有下列幾種方法
     1.彎頭处做空穴
     所谓空穴即不通行地沟。直埋管道保温外壳直接放置在空穴地板上,地板要求水泥压光。从直埋到空穴穿墙处应做防水穿墙套管。
     2.彎頭两侧放置膨胀垫
    为了增加自然彎頭的补偿能力,彎頭两侧放置膨胀垫块。如图4-1和图4-2为平板膨胀垫块。我国采用最多的是聚苯板。
矩形膨胀垫块示意图凹形膨胀垫块示意图软回填断面图
       3.彎頭处设膨胀区
       彎頭处管子和沟壁之间加大开挖量,用加厚的砂垫层来吸收热膨胀变形量,根据ABB提供的资料,埋深小于1.5m且膨胀量小于80mm時,彎頭两侧可加大沟槽开挖宽度约一个保温外壳的直径大,填补0~8mm的无粘土的砂子,最多可有15%的8~20mm的砂粒。膨胀区内管子周围砂层的密实度不应超过下列数值。
(1)不均勻指數<4時,標准密度實度最大于98
(2)不均勻指數<8時,標准密度實度最大于94
不均勻指數等于60%通過的砂粒大小除以10%通過的砂大小。 
      如果采取上述第1种和第2种的敷设方法,对彎頭弹性臂两侧进行处理,那么彎頭的应力验算等同于地沟或架空彎頭的应力验算,彎頭可以安全工作。如果采用上述第3种方法铺设彎管,又要求彎管具备一定的补偿能力,那么必须对彎頭按照直埋彎管的设计方法仔细进行彎管的疲劳分析和计算。
       彎頭破坏是峰值应力产生的疲劳破坏。对于热力管道,由于温度循环次数相对较少,可以采用简化的疲劳分析,即使用疲劳试验的加强系数,同時直接采用安定性分析的强度条件,来判别应力是否满足要求,是否能在安定状态下工作。
1.2強度條件
       由于直埋彎管危险点处的环向应力和轴向应力都为拉应力,而径向应力(最小主应力)近似为零,当采用第三强度理论時,彎頭处的总应力就是环向应力,它包括弯矩产生的环向应力和内压产生的环向应力两部分。
      采用简化疲劳分析時,彎頭处应力的变化幅度及其强度条件可表示为
 
式中△б为彎頭处总应力的变化幅度,MPa;бpt为彎頭在弯矩作用下的最大环向应力变化幅度,MPa;бpt为直埋彎頭在内压力作用下彎頭顶部(底部)的环向应力,实际就是运行工况下的环向拉应力, MPa;M为彎頭的弯矩变化范围,N·m;βb几为彎頭平面弯曲环向应力加强系数(疲劳试验应力加强系数);rbo为彎頭钢管的外表面半径,m;Dbi为彎頭钢管的内径,m,彎頭和直管等壁厚時Dbi=Di;rbi为彎頭钢管的内表面半径,m;彎頭和直管等壁厚時rbi=ri, δb为彎頭钢管的公称壁厚,m,可以采用和直管等壁厚的彎頭,也可以采用加厚彎頭,由设计确定,rbm为彎頭钢管横截面的平均半径,m。
1.3弹性抗弯铰解析法对彎管的臂长要求
       强度计算中,可以采用有限单元法或弹性抗弯铰解析法进行计算,采用有限单元法時,将彎頭看成有限个柔性变大的直管单元,需要通过程序在计算机上完成性抗弯铰解析法時,将彎頭简化为弹性抗弯铰,既可电算又可手工计算。
       采用弹性抗弯铰解析法時,为了简化公式,通常忽略管臂两端点的剪力,管的臂长应满足公式:
 
        下面的计算采用了这种经过简化的弹性抗弯铰解析法。
1.4過渡段長度
        在被动外力作用下,升温時彎頭两侧产生轴向位移的管道存在一极限滑动长度一过渡段长度。当固定墩到彎頭的距离(即弯臂长度)小于过渡段长度時,整个弯臂将产生滑动,否则,滑动仅发生在靠近彎頭的过渡段长度范围内。
1.5水平轉角管段計算
    1.水平转角管段的过渡段长度应按下列公式计算
 
式中:K为彎頭钢管的柔性系数;光滑彎管,K=1.65/λ;焊制彎頭,K=1.52/λ5/6;ltmax爲水平轉角管段在設計溫度和安裝溫度差作用下的過渡段長度,受安裝溫度的影響顯著,m;lt爲水平轉角管段在循環溫差作用下的過渡段長度,m。Φ爲轉角管段的折角(鄰補角)(弧度)。
      2.水平转角管段的计算臂长lc1、lc2和平均計算臂長lcm
 
式中:l1,l2为当转角管段两臂布置固定支架時为彎管两侧臂长,m;当转角管段两臂布置补偿器時,分别为彎管到两补偿器间驻点的长度,m;
      3.彎頭的弯矩变化范围
 
      4.水平转角管段彎頭的升温轴向力计算
    (1)水平转角管段的计算臂长lc1、lc2和平均計算臂長lcm的確定
 
(2)彎頭轴向力应按下列公式计算
當計算臂長lc1=lc2=lcm
 
式中N为彎頭两侧计算臂长相等時的轴向力,N;N1为彎頭两侧计算臂长不相等時,l1側的軸向力,N;N2从为彎頭两侧计算臂长不相等時,l2側的軸向力,N。

(function(){ var canonicalURL, curProtocol; //Get the tag var x=document.getElementsByTagName("link"); //Find the last canonical URL if(x.length > 0){ for (i=0;i