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    管道纵向受力分析模式初探

    2019-05-13   来源ㄩ   点击数ㄩ0次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合?#39318;?#20307;大小:
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     中国钢管信息港资讯部获悉:疲劳裂纹扩展速率研究本次实物疲劳试验一共进行了约50hㄛ其间预制疲劳加载周期约5200次ㄛ最后在预制裂纹处裂纹萌生﹝随后加大疲劳载荷ㄛ萌生裂纹经过缓慢扩展﹜稳定扩展?#32422;?#22833;稳扩展阶段后扩展至内表面ㄛ并形成穿透裂?#30130;?#23548;致该处发生泄漏ㄛ并伴随有压力降低现象ㄛ于是停止试验﹝疲劳扩展及失稳过程加载周期约1620次ㄛ而计算结果为1465次ㄛ偏于保守﹝这是由于油气输送用钢管基本上是薄壁大口径ㄛ裂纹尖端主要是平面应力状态ㄛ而采用式ㄗ5ㄘ计算钢管裂纹尖端应力强度因子?#20445;?#35010;纹尖端的平面应力状态将使计算结果偏于保守﹝计算整理后得到实物疲劳裂纹扩展lgda/dN-lgAK曲线如所示﹝
     
    ﹛﹛实物试验测得的裂纹扩展曲线裂纹稳定扩展期较长ㄛ裂纹快速扩展期相对较短﹝裂纹稳定扩展阶段疲劳裂纹扩展速率方程为da/dN=3.22X1010ㄗAkㄘ284ㄗ9ㄘ对于含裂纹类缺陷的钢管ㄛ在管线运行过程中承受内?#20849;?#21160;后ㄛ裂纹缺陷不经过疲劳裂纹萌生阶段ㄛ直接进入裂纹的稳定扩展阶段和快速失稳扩展阶段﹝如果在裂纹发生快速失稳扩展以前不能够检测到裂纹的存在ㄛ则服役管线将发生断裂失效事故﹝
     
    ﹛﹛为了试验研究的方便ㄛ试验中ㄛ只考虑了裂纹尺寸大小对钢管疲劳裂纹扩展寿命的影响﹝然而实际管线中对疲劳扩展寿命的影响因素要复杂得多ㄛ其中诸如焊接?#26447;?#24212;力﹜环境温度变化﹜地层移动?#32422;?#22303;壤和输送介?#23454;?#33104;蚀等ㄛ对管道中裂纹的疲劳扩展?#21152;?#19968;定的促进作用ㄛ这些问题有待于继续深入研究﹝
     
     
    ﹛中国钢管信息港资讯部获悉:现着重?#33268;?#22402;直荷载作用下的管道纵向受力分析模式的确定与计算﹝i实际受力模型的建立没有一种通用的受力模型可以?#35270;?#20110;任何的管道受力情形ㄛ对于不同的受力模式ㄛ需要进行不同的简化设?#30130;?#20197;便对应各自的受力特点﹝在给水排水工程中ㄛ经常隔一定距离设置支墩﹜检查井﹜切换井等构筑物ㄛ用来满足管道的受力条件或便于进行管道的检修ㄛ其间距的规定详细可见ㄩ●设计手册◎﹝又如在工业排水中ㄛ对于进行料渣水力输送的管道ㄛ需要设置管?#23383;?#24231;ㄛ支座采用嵌固法浇筑ㄛ即用嵌固构筑物将管道固定ㄛ其间距应根据管材的强度与刚度大小ㄛ并通过计算来加以确定﹝对于类似上述情况的由多节管道组成的长距离管线ㄛ都可以将其简化成弹性地基梁形式﹝具体简化过程可概括为“两个选择ㄛ两个简化ㄛ两个假定”﹝
     
    ﹛﹛1.地基反力模型的选择纵向受力分析?#20445;?#21487;将管线简化成弹性地基梁来计算﹝要进行地基梁的计算首?#32570;?#39035;建立某种理想化的地基计算模式﹝至于地基模式的选择问题ㄛ主要从两个方面来考虑ㄩ?#27425;?#20102;尽可能准确地模拟地基与?#21512;?#20114;作用时所表现出的力学性状ㄛ同?#20445;?#21448;要便于利用己有的数学方法进行分析﹝长距离地下管线计算中ㄛ可以只考虑荷载?#27573;?#20869;的沉降问题而不考虑地基边界无载区的相关连续性ㄛ实际情况与文克尔模型较为一致ㄛ再从计算简便考虑ㄛ选择了文克尔地基模式﹝
     
    ﹛﹛1.2计算方法的选择式由于在计算模ㄛ假定垂直荷载均匀分布ㄛ因此在单一的荷载作用下ㄛ选择初参数法进行计算﹝所谓梁的初参数法即?#32422;?#20010;初始截面参数来代替常微分方?#25506;?#20013;的积分常数ㄛ其优点为ㄩ第一是使积分常数具有明确的物理意义ㄛ第二是可根据参数的物理意义寻求简化的途径﹝
     
    ﹛﹛13两端支座的简化地下管道作为地?#38470;?#26500;ㄛ在计算中有一个特点ㄩ就是需要考虑地?#38470;?#26500;与土体的共同作用﹝地?#38470;?#26500;受到的荷载来源于开挖回填及蠕变产生的土体变形压力ㄛ且地?#38470;?#26500;随着土体的变形而变形﹝对于一般的地下管线ㄛ考虑覆土厚度与施工工艺两个条件的相互作用﹝因而ㄛ本来的固定支座可能由于小覆土厚度等的影响ㄛ而产生一定的转动ㄛ形成工程中所谓的影响ㄛ而可以承受一定的弯矩﹝所以对于工程中的管道支座ㄛ我们可以仅?#33268;蛫探?#19982;?#38470;?#20004;种极端情况下的内力ㄛ一般的地下管线的内力可由两者根据其影响程度的不同相叠加而得﹝即考虑支座的各个影响因素ㄛ确定一个刚?#35748;?#25968;Kzㄛ利用?#31283;慚=KzXFg Fj的式子求解一般的地下管线的内力﹝
     
    ﹛﹛为不失一般性ㄛ本文的具体计算模式以?#25506;?#25903;座为例进行﹝
     
    ﹛﹛1.4垂直地基反力合力的简化长距离管线在下埋?#20445;?#22278;管受?#38477;?#22522;土层与管基作用而产生地基反力ㄛ从力学分析可知ㄛ它所受的是一个环向的呈辐射状的反力﹝由于本文主要?#33268;?#22312;整体上管线的纵向受力性状ㄛ而对圆管的截面强度﹜刚度﹜变形等的计算则不予考虑﹝因此可以用一个集中力来代替其辐射状的地基反力ㄛ具体的受力见﹝5地基均布假定对于文克尔弹性地基梁ㄛ合理地选择基床系数K值ㄛ?#32422;?#31639;成果的精确性和可靠性ㄛ有很大的影响﹝
     
    ﹛﹛实际上ㄛ沿着长距离管线底部ㄛ各点的基床系数值是不一样?#27169;?#32780;是随着位置的不同而不同ㄛ在本文中ㄛ为了便于分析问题ㄛ假定K值为一个常数ㄛ而且鉴于软土地基中管道事?#23454;?#22810;发性ㄛ本文?#36947;?#20998;析时取K值为16管道轴向等刚度假定实?#23454;?#19979;管线本身是由许多的管节一节一节连接而成?#27169;?#31649;节之间的接口刚度与管节本身的刚度之间有一定差异ㄛ这与管节材料ㄛ接口方式等有关﹝本文针对长距离管线的整体进行分析ㄛ假定管线沿着轴向刚度具有均一性﹝
     
    ﹛﹛还有ㄛ在计算管道的挠度与转角?#20445;?#23454;际上管道在纵向具有一定的?#30001;?#38271;度?#27169;?#20294;是ㄛ其变形是微小的﹝变形后管线轴线是一条平坦曲线ㄛ则横截面形心沿着X轴方向的线位移与挠?#35748;?#27604;属于高阶微量ㄛ从而在计算中往往将其忽略﹝
     
    ﹛﹛最后ㄛ可?#32422;?#21270;其受力模式为ㄗ以固端支座为例ㄘ﹝
     
    ﹛﹛2模型的求解本模型的求解是采用初参数法进行的﹝针对上述的模?#20572;?#39318;先可以写出其弹性地基梁的基本微分方程如下ㄩEI管道的刚度˙上?#37995;?#20998;方程的解是由齐次方程的通解与非齐次方程的特解组成?#27169;?#21363;〤式采用初参数法ㄛ把四个积分常数A﹜B﹜C﹜D改成用初参数挠度yo﹜转角9﹜弯矩M﹜剪力Q.本文继续推导出均布荷载作用下的挠度修正项为根据上述的对yㄗxㄘ的挠度方程的推导ㄛ再对照原始模型中的受力条件ㄛ可写?#37995;灰?#26041;程yㄗㄘ如下ㄩ最后由左﹜右边界ㄛ同时注意受力对称性ㄛ即得ㄩ化简可得固端模式下挠度yㄗxㄘ的最终初参数法解析解?#28023;?#20196;x'=L*x以下同ㄘㄗㄘ式依次可得转角﹜弯矩﹜剪力的解析解如下?#28023;見?#24335;同理ㄛ本文?#36152;x陆?#25903;座模型的各个内力解析解如式3计算结果的分析ㄩ在通过初参数法解得弹性地基梁基本微分方程的解析解基础上ㄛ本文进行了进一步的分析﹝管道各点的内力计算及调用AutoCAD软件绘制内力图的工作通过编程实现﹝基于在我们目前的实?#20351;?#20316;中ㄛ在软弱土基上铺设管道时需要进行谨慎的计算设?#30130;?#29305;选定软土地基为例来加以分析ㄛ采用管道的实际参数具体如下ㄩ3.1挠度分析ㄗ挠度进行了单向放大ㄛ数据文件y.lim不予列出ㄘ-ㄗbㄘ铰端计算模型的挠曲线图挠曲线图ㄗ挠度己单向放大到10倍ㄘ显示ㄩ长距离管线在理想状态下ㄛ其中间的大部分管道不存在挠度过大问题ㄛ管段与管段之间的相对转?#19988;?#19981;可能超过?#24066;?#36716;角ㄛ而且ㄛ两端部只在很小的?#27573;?#20869;对管线的挠度产生影响ㄛ?#35752;?#19982;铰支两种情况在这方面差别不大﹝其中ㄛ长距离管线挠度与实际相比偏小﹝
     
    ﹛﹛经分析ㄛ是由于以下原因造成ㄩ1ㄘ在确定计算模型?#20445;?#20551;定了管线纵向刚度的均一性ㄛ从而增强了管道纵向的整体抗弯性能ㄛ使地下管线的挠度减少﹝2ㄘ考虑了土基对管道的理想作用ㄛ在实际中ㄛ常会由于填土不密实等因素使土体对管线不能作用完全﹝
     
    ﹛﹛在对称均布荷载作用下ㄛ随着管线的长度增长ㄛ除出现挠度剧变ㄗ相对于挠度几乎不变的中间部分来说ㄘ的梁的两端部外ㄛ梁的挠度ㄗxㄘ基本趋于不变﹝即?#27827;?#20110;本文所研宄的对象是长距离管线ㄛ其双曲线函数中?#27169;?#21644;随着肛值的改变而变化ㄛ而且变化很快很大ㄩ因此ㄛ上的sin值对Ma影响很小ㄛ可以忽略不计﹝卩值代入ㄛ得简化式ㄩ则由上式得固?#36865;?#30697;的影响因素为ㄩ管道的刚度EI地基的系数kㄛ荷载q.?#22402;抾送?#30697;的大小与管道的刚度的平方根﹜荷载q成正比˙而与地基的系数k的平方根成反?#21462;?/div>
     
    ﹛﹛中国钢管信息港资讯部获悉:剪力分析ㄗ数据文件q.lim不予列出ㄘ固端支座的剪力图ㄛ见-ㄗaㄘ?#33322;?#31471;支座的剪力图ㄛ见剪力舰-ㄗbㄘ铰端计算模型的剪力图剪力图表明ㄩ剪力与弯矩相似﹝剪力最大值随着管线长度的增长ㄛ?#24067;?#20046;保持不变ㄛ固端支座?#20445;?#31471;部剪力的最大值为?#27975;?#30456;反剪力的十倍左右ㄛ而铰端支座?#20445;?#21017;为五倍左右﹝最危险的受剪区域在管道的两端部分ㄛ而且铰端相对比固端的受剪情形更危险一些ㄛ其中两者的端部剪力大小直接影响到管道的设由上述弯矩图得ㄩ随着管线长度的增长ㄛ管道两?#36865;?#30697;ㄗ其中铰?#36865;?#30697;为零ㄘ几乎保持不变ㄛ即管道两端的作用区域是有限?#27169;?#21482;能在一定距离内对管线端部弯矩起作用﹝在实?#20351;?#31243;应用中ㄛ端部弯矩问题很重要ㄛ因为上述管道受力最危险的区域就在管道的端部ㄛ其所承受的弯矩最大ㄛ所以它的大小直接影响到管道的设计与施工?#26041;琚?#22312;很多的现场施工中ㄛ端部往往采用?#38470;?#30340;支座形式ㄛ?#32422;?#23569;端部弯矩对管道的破坏作用ㄛ但是由于?#38470;?#25903;座实?#36866;?#24037;工艺相当复杂ㄛ在端部弯矩不太大的情况下ㄛ还是采用?#25506;?#30340;支座形式﹝下面?#33268;?#31471;部弯矩的影响因素ㄛ以便可以对端部弯矩进行定性判断?#27827;?#24367;矩计算式得ㄛ固端的最大弯矩为ㄩ-ㄗaㄘ固端计算模型的剪力图计与施工?#26041;琚?#19979;面?#33268;?#22266;端剪力的影响因素﹝
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