供热管道的应力计算

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1、14-1概述一、供热管道应力计算的任务计算供热管道由内压力、外部荷载和热胀冷缩引起的力、力矩和应力，从而确定管道的结构尺寸，采取适当的补偿措施，保证设计的供热管道安全可靠并尽可能经济合理。二、应力计算考虑的主要荷载及计算的主要项目1．由于管道内的流体压力(简称内压力)作用所产生的应力—计算钢管壁厚；2．由于外载负荷（管道自重、流体和保温结构的重量、风雪载荷）作用在管道上所产生的应力—确定活动支座间距、固定支座受力分析；3．由于供热管道热胀和冷缩所产生的应力—计算管道热伸长、确定补偿器的结构尺寸和弹性力。三、应力分类1.一次应

2、力其特点是无自限性，始终随内压力或外载增加而增大。当超过某一限度时，将使管道变形增加直至破坏。内压力或外载力产生的应力属一次应力。2.二次应力由于变形受约束或结构各部分间变形协调而引起的应力。主要特征是部分材料产生小变形或进入屈服后，变形协调即得到满足，变形不再继续发展，应力不再增加，即它具有自限性。管道由热胀、冷缩和其它位移作用产生的应力认为属二次应力。3.峰值应力由结构形状的局部突变而引起的局部应力集中。其基本特征是不引起任何显著变形，但它是材料疲劳破坏的主要原因。14-2管壁厚度及活动支座间距的确定一、管壁厚度的确定供

3、热管道的内压力为一次应力，理论计算璧厚与内压力有关1.管道的理论壁厚mm(14-1)式中SL-管子理论计算壁厚，mm；P-流体压力，MPa；[σ]-基本（额定）许用应力，MPa；（详见附录14-1）η-纵向焊缝减弱系数，对无缝钢管η=1.0，对单面焊接的螺旋缝焊接钢管，η=0.8，对纵缝焊接钢管，按附录14-2选取。2.计算壁厚Sj=SL+CmmC-管子壁厚附加值，mm。对无缝钢管C=A1SL，其中A1称作管子壁厚负偏差系数。根据管子产品技术条件中规定的壁厚允许负偏差百分数值，按表14-1取用。对焊接钢管,壁厚为5.5mm及

4、以下时，C=0·5mm;6-7mm时，取C=0.6mm；8-25mm时，取C=0·8mm。任何情况下管子壁厚附加值C不得小于O·5mm。表14-1管子壁厚允许偏差0-5-8-9-10-11-12.5-15A10.050.1050.1410.1540.1670.180.200.2353.选用壁厚S≥SJ4.应力验算如已知管壁厚度，进行应力验算时，由内压力产生的折算应力σZS不得大于钢材在计算温度下的基本许用应力。σZS≤[σ]内压力产生的折算应力由下式计算：MPa（14-2）式中、Dw管子外径,mmC1-验算时的管子壁厚附加值

5、，对无缝钢管和产品技术条件提供有壁厚允许负偏差百分数的焊接钢管，按C1=SA1／(1+A1)计算，A1值按表14-1取用。对未提供壁厚允许负偏差值的焊接钢管，C1=C。二、活动支座间距的确定在确保安全运行前提下，应尽可能扩大活动支座的间距，以节约供热管线的投资费用。允许间距按强度条件和刚度条件两中情况考虑(一)按强度条件确定活动支座的允许间距依据均匀荷载的多跨粱弯曲应力公式以及许用外载应力值m（14-3）Lmax-供热管道活动支座的允许间距，m，[σ]-管材的许用外载综合应力，MPa，按附录14-3确定。W-管子断面抗弯矩，

6、cm3，按附录14-3确定。-管子横向焊缝系数，见表14-2，q-外载负荷作用下的管子单位长度的计算重量，N／m。见附录14-3管子横向焊缝系数值表14-2焊接方式值焊接方式值手工电弧焊有垫环对焊无垫环对焊0.70.90.7手工双面加强焊自动双面焊自动单面焊0.951.00.8(二)按刚度条件确定活动支座的允许间距根据对挠度的限制而确定活动支座的允许间距，称为按刚度条件确定的支座允许间距。1.不允许有反坡时依均布荷载的连续梁的角变方程式得出：m(14-4)式中i-管道的坡度;I-管道断面惯性矩，m4。见附录14-3;E-管道

7、材料的弹性模数，N／m2。见附录14-3;q-外载负荷作用下管子的单位长度的计算重量，N／m。图14-1活动支座间供热管道变形示意图1-按最大角度不大于管线坡度条件下的变形线2-管线按允许最大挠度ymzx条件下的变形线2.允许反坡、控制管道的最大允许挠度(14-5)(14-6)1-管线按最大角度不大于管线坡度式中L1、L2-活动支座的允许间距，条件下的变形线；x-管道活动支座到管子最大挠2-管线按允许最大挠度ymax条件下曲面的距离，m的变形线EI-管子的刚度，N·m2；ymax-最大允许挠度=(O.02～O.1)DN。根据

8、式(14-5)和(14-6)，用试算法求解，直到L1=L2为止。附录14-4给出按不同条件计算的管道活动支座最大允许间距表。14-3管道的热伸长及其补偿管道受热的自由伸长量，可按下式计算:∆x=α(t1-t2)Lm式中∆x-管道的热伸长量，m;α-管道的线膨胀系数(见附录14—1)，一般可