壓力管道管系靜應(yīng)力分析的目的及任務(wù)

　　管系中可調(diào)縮孔在正常的工作期間，受到的載荷是多種多樣的，歸納起來，這些載荷可以分為以下幾類：

　　a、重力荷載。它包括管道自重、保溫重、介質(zhì)重和積雪重等;

　　b、壓力荷載。它包括內(nèi)壓力或外壓力;

　　c、位移荷載。它包括管道熱脹冷縮位移、端點(diǎn)附加位移、支撐沉降等;

　　d、風(fēng)荷載;

　　e、地震荷載;

　　f、瞬變流沖擊荷載。如 閥啟跳或閥門的快速啟閉時(shí)的壓力沖擊;

　　g、兩相流脈動(dòng)荷載;

　　h、壓力脈動(dòng)荷載。如往復(fù)壓縮機(jī)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的壓力脈動(dòng);

　　i、機(jī)械振動(dòng)荷載。如回轉(zhuǎn)設(shè)備的簡(jiǎn)諧振動(dòng)。

　　除了上面介紹的載荷之外，管道元件中可調(diào)縮孔還常常存在焊接殘余應(yīng)力、加工殘余應(yīng)力、鑄造殘余應(yīng)力和裝配應(yīng)力(如強(qiáng)行組焊)等應(yīng)力。這些應(yīng)力與上述載荷引起的管系應(yīng)力疊加后，有時(shí)對(duì)管道元件的強(qiáng)度破壞影響較小，有時(shí)則影響較大，例如當(dāng)它與腐蝕介質(zhì)共同作用而引起材料應(yīng)力腐蝕破壞時(shí)，這些應(yīng)力的影響是不可忽視的。但這些應(yīng)力并非屬于管系應(yīng)力，也不能由管系應(yīng)力分析中求得，故在此不作討論，僅僅提醒壓力管道設(shè)計(jì)人員，當(dāng)該管系在有應(yīng)力腐蝕環(huán)境下工作時(shí)，應(yīng)適當(dāng)控制其應(yīng)力水平。

　　重力載荷和支架反力等合起來常稱之為持續(xù)外載荷。

　　壓力載荷和持續(xù)外載荷在管道上產(chǎn)生的應(yīng)力一般為一次應(yīng)力，可調(diào)縮孔應(yīng)符合按彈性準(zhǔn)則給出的強(qiáng)度判定條件。事實(shí)上，壓力載荷和持續(xù)外載荷在管系中也會(huì)產(chǎn)生二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力，如第四章第三節(jié)所提到的管道開孔補(bǔ)強(qiáng)問題。也 是說，在管系中只要存在結(jié)構(gòu)不連續(xù)或載荷突變，同樣也將產(chǎn)生二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力。一般情況下，壓力載荷產(chǎn)生的二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力已在管道元件的單體強(qiáng)度設(shè)計(jì)中作了充分考慮，故在管系應(yīng)力分析中一般不再考慮這些應(yīng)力。持續(xù)外載荷引起的二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力一般較小，故在管系應(yīng)力分析中也不再考慮。

　　位移載荷產(chǎn)生的應(yīng)力一般為二次應(yīng)力，可調(diào)縮孔應(yīng)符合按塑性準(zhǔn)則確定的安定狀態(tài)強(qiáng)度判定條件。

　　風(fēng)載荷、地震載荷和瞬變流沖擊載荷等都屬于臨時(shí)載荷，它對(duì)管系的破壞 征是既可因造成較大的位移而使管道元件發(fā)生破壞，又可激起管道元件的帶阻尼自由振動(dòng)而發(fā)生疲勞破壞。由于臨時(shí)載荷作用時(shí)間較短，故當(dāng)它與其它管系載荷疊加作用時(shí)，可以將其許用應(yīng)力值適當(dāng)擴(kuò)大，一般為常值的1.33倍。一般情況下，風(fēng)載荷、地震載荷、瞬變流沖擊載荷等臨時(shí)載荷在同一時(shí)間內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)的幾率很小，故在計(jì)算時(shí)不應(yīng)同時(shí)考慮。

　　兩相流脈動(dòng)載荷、壓力脈動(dòng)載荷、機(jī)械振動(dòng)載荷等都屬于動(dòng)載荷?？烧{(diào)縮孔有關(guān)動(dòng)載荷作用下的管道應(yīng)力分析及其強(qiáng)度設(shè)計(jì)將在第七章中介紹。

　　通過上面的介紹可以看出，不同的載荷引起的應(yīng)力類型也不同，那么應(yīng)用的分析方法也 不一樣。管系靜力分析的目的 是充分考慮各種靜載荷的作用 性，利用適當(dāng)?shù)姆椒ㄇ蠼夤芟翟谳d荷的作用下引起的力、應(yīng)力和位移，并加以判據(jù)，使其滿足管道元件以及相連設(shè)備的強(qiáng)度要求，使壓力管道及相連設(shè)備能夠 運(yùn)行，同時(shí)又使得管道的一次投資 少。工程上，管系靜應(yīng)力的分析主要包括以下內(nèi)容：

　　a、壓力荷載和持續(xù)荷載作用下的一次應(yīng)力計(jì)算 ¾ 防止管道元件局部發(fā)生過度塑性變形而破壞;

　　b、管道熱脹冷縮以及端點(diǎn)附加位移等位移荷載作用下的二次應(yīng)力計(jì)算 ¾ 防止管道元件中可調(diào)縮孔發(fā)生疲勞破壞;

　　c、管道對(duì)相連設(shè)備作用力的計(jì)算 ¾ 防止管系對(duì)相連設(shè)備的作用力太大，保證設(shè)備正常運(yùn)行;

　　d、管道支吊架的受力計(jì)算 ¾ 為支吊架強(qiáng)度設(shè)計(jì)提供荷載數(shù)據(jù);

　　e、管道上法蘭的受力計(jì)算 ¾ 防止法蘭泄漏。

　　在平常的設(shè)計(jì)中，管道中可調(diào)縮孔的經(jīng)濟(jì)問題常常在管系靜力分析中被忽略，一些設(shè)計(jì)人員在分析靜力計(jì)算結(jié)果時(shí)，只關(guān)心輸出數(shù)據(jù)是否滿足設(shè)計(jì)要求(這些要求往往是由相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的)，只要輸出數(shù)據(jù)全部在允許范圍內(nèi)，而無論該結(jié)果是否合理， 籍此確定了管道的空間走向。這樣做有時(shí)是不妥的，尤其是對(duì)高壓或貴重管道，在關(guān)心應(yīng)力計(jì)算結(jié)果滿足要求的同時(shí)，還應(yīng)注意計(jì)算結(jié)果中的力(包括力矩)、應(yīng)力、位移等數(shù)值的大小，如果這些數(shù)據(jù)比規(guī)定值低許多，即管道的強(qiáng)度等尚有較大的富裕量，可考慮改變管道空間走向如縮短管道中可調(diào)縮孔補(bǔ)償長(zhǎng)度、減少拐彎等，以節(jié)省管道元件的用量，使管道設(shè)計(jì) 經(jīng)濟(jì)。這部分內(nèi)容將在下一節(jié)中詳細(xì)討論。