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直埋保温管道的应力分析
点击次数:170 发布时间:2017-04-20


  直埋管道的安全性取决于管道的应力。管道中的应力可分为:
  一次应力:管道在内压和管道自重产生的应力;
  二次应力:由于热胀冷缩变形不能释放而产生的周向温差应力;
  峰值应力:直管向结构不连续的管件释放变形,在该管件上产生的应力。
  由于存在土壤支撑可以看作是连续不断的支架,管道自重产生的一次应力很小。由于存在土壤的磨擦作用,使管道的热膨胀不能自由释放,在管道中产生了很大的温差二次应力。二次应力的水平远远高于一次应力,直埋管道的安全性主要取决于二次应力。
  例 2 :在例 1 中若由于土壤磨擦力的约束,使管道的热膨胀完全不能释放,这段管道被称为锚固段,计算内压引起的一次应力 σ1 、温差引起的二次应力 σ2 以及管道的轴向力 Na。
  内压引起的一次应力 σ1 :
  式中: V :钢管的泊松系数,取 0.3 ;
  Pd :管道的计算压力, 1Mpa ;
  Di :钢管内径, 0.115m ;
  δ:钢管臂厚, 0.0045m ;
  计算得: σ1=11Mpa
  温差引起的一次应力 σ2 : σ2=Ea(t-t0)
  式中: E : 20 号钢弹性模量, 19 × 104Mpa
  a : 20 号钢线膨胀系数, 11.2 × 10 -σm /m·℃
  t :管道工作温度, 120 ℃
  t0 :管道安装温度, 20 ℃
  管道的轴向力 Na 为 (σ)
  Na= σ2A
  =221 × 10σ × 0.0022
  =48σ,200N
  即管道的轴向力为 48 , σ2t

  由计算结果看出,二次应力已经超过了钢材的基本许用应力(σ) =134 Mpa 和钢材的屈服极限σs=21σ Mpa

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