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浙江大学承压设备研究室,*,过程设备设计,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第7章 管道强度设计,主要内容,管道厚度计算；,按强度条件确定管道跨度；,直管道热应力计算；,管道补偿器；,地下管道的强度计算；,管道径向和轴向的稳定性校核.,1,第7章 管道强度设计主要内容1,教学重点：,管道厚度计算、跨度计算、热应力计算及补偿方法，,2,教学重点：2,油库和炼油厂中的输油管道，常设置在地面管架（管墩）上或地下管沟中。长距离输油管道一般都埋置于地下，,地上管道除受输送介质内压作用外，它与地下管道不同之处在于不受土压力，但在自重和风雪载荷作用下受轴向弯矩作用，而且有温度变化引起的温度应力情况与地下管道也有所不同。地上管道的强度设计包括管道壁厚的计算，跨度计算，热应力计算和热补偿方法,3,油库和炼油厂中的输油管道，常设置在地面管架（管墩）上或地下管,管子分无缝管和有缝管（电焊钢管）两类，,有缝管又分直缝管和螺旋管两类。上述各类管子均可用于输油管道。,目前我国最常用于输油管道的是螺旋焊缝管，它是用成卷的钢带卷成螺旋形焊制而成，在制造过程中钢板不会变薄或变厚，加工精度高，直径不受钢板宽度限制，螺旋焊缝处的应力只有相同情况下直缝处应力的50-80%，而且价格也较为便宜。我国目前生产的螺旋焊缝管规格为,219-,720，壁厚为6-9mm，管长8-12m，采用的钢材多为Q235-B和16Mn。,4,管子分无缝管和有缝管（电焊钢管）两类，有缝管又分,7.1 管道壁厚计算,管道壁厚是根据圆周方向（环向）应力来决定，计算壁厚由下式决定,式中,t,o,管道的计算壁厚,P,管道的工作压力,D,管道的外直径,管材许用应力,焊缝系数,5,7.1 管道壁厚计算管道壁厚是根据圆周方向（环向）应力来决定,该式认为管子不封闭，管内壁受压力,p,而求得，严格计算应采用内外直径的平均值，为了方便起见，此处直接采用外直径,D,计算，这是因为目前大量使用的螺旋缝钢管的名义直径是直接用外直径表示的，公式中直接代入外直径,D,比较方便，而且直接用外直径计算也偏于安全。,6,该式认为管子不封闭，管内壁受压力p而求得，严格计算应采用内外,7.2管道跨度计算,无论是室内管道还是室外管道，隔一定的距离就用管架（管墩）、吊架、托架来支承。,两支承之间的距离称为管道跨度。,跨度计算是地面管道设计中的一个重要组成部分。跨度越大，将影响管道正常工作。跨度越小，则造成支承布置过密，投资费用增加，不经济。,因此在确保管道安全和正常运行的前提下，应尽可能地扩大管道的跨度。管道跨度的大小决定于管材的强度、管子截面刚度、外载荷的大小、管道敷设的坡度以及管道允许的最大挠度。通常管道的跨度可按管子的强度和刚度两个条件来确定。,7,7.2管道跨度计算无论是室内管道还是室外管道，隔一定的距离就,7.2.1按强度条件确定管道跨度,在外载荷作用下，管道截面上产生的最大应力不得超过管材的许用应力，以保证管道强度方面的安全可靠。,根据这一原则确定的管道跨度称为按强度条件确定的管路最大允许跨度。,计算时，把敷设在支承上的管道视为等跨连续梁，五跨以上的管道，用三弯矩方程可求得在中间支座处有最大弯矩，其值约为,8,7.2.1按强度条件确定管道跨度在外载荷作用下，管道截面上产,相应的最大弯曲应力为：,式中,q管道单位长的荷重，包括管子自重、保温层重、充水重量；,L支座间的跨度；,W管道截面系数，,此处D为管子外直径，d为管子内直径，t为壁厚。,9,相应的最大弯曲应力为：9,10,10,由材料力学可知，根据平面截面假设，管道上的弯曲应力在横截面上成三角形分布，如图7-1所示。,这时如果截面的外纤维的应力达到材料的屈服应力时，便人为材料失去了承载能力，,对于简支梁，因为跨中弯矩最大，所以当跨中截面最大应力达到材料屈服应力时，再继续加载，这时在梁的跨中形成塑性铰，挠度将急剧增加，以至引起梁的破坏。,但该式不能反映连续梁的承载能力，因为连续梁的最大弯矩产生在支座处。当支座上的管道的外纤维应力达到屈服极限而继续加载时，这时外纤维的应力将保持不变，而应力图形将由三角形逐渐变成矩形，如图所示，支座上的管道截面则由连续关系转变成塑性铰，如图所示，但这时梁的工作并没有破坏，它只不过相当于简支梁而已。,11,由材料力学可知，根据平面截面假设，管道上的弯曲应力在横截面上,为考虑管道的这种工作状态，在计算截面系数时，应力分布图形不采用三角形分布（图7-1b），而采用矩形分布（图7-1d），这时得出的截面系数称塑性截面系数，用W表示。,由材料力学知，应力按三角形分布时，弹性截面系数W,应力按矩形分布时，塑性截面系数W为,12,为考虑管道的这种工作状态，在计算截面系数时，应力分布图形不采,根据计算，圆管的塑性截面系数,由此可见,将弹性截面系数W改用塑性截面系数W代替，并考虑环向焊缝系数后，式（7-3）即可改写为,13,根据计算，圆管的塑性截面系数13,使轴向弯曲应力，,即可求得连续梁中间跨的允许跨度。,式中 环向焊缝系数；,许用外载综合应力。,14,使轴向弯曲应力，14,连续梁边跨（尽端直管）支座上的弯矩要比中跨支座上的弯矩大，此时取,或 L边跨0.82L中跨,管道敷设中，除了管道末端的一跨为边跨外，凡由于管道上安装了设备而破坏了管道连续性的地方，也均应视为边跨。,15,连续梁边跨（尽端直管）支座上的弯矩要比中跨支座上的弯矩大，此,
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