關(guān)于壓力管道的應(yīng)力分析

【摘要】壓力管道的應(yīng)力問題在管道檢驗(yàn)過程中都會(huì)涉及到的，由

于壓力管道應(yīng)力的分析和計(jì)算過程都要求相對(duì)高的技術(shù)，這對(duì)于檢驗(yàn)技術(shù)

人員來說是很難完成的。因此，本文著重對(duì)壓力管道應(yīng)力分析的內(nèi)容、應(yīng)

力特征、應(yīng)力分類以及校核準(zhǔn)則進(jìn)行了論述，以便于為分析人員提供了有

效的理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】壓力管道應(yīng)力分析一次應(yīng)力二次應(yīng)力

壓力管道的應(yīng)力影響著壓力管道在安裝后的安全使用，所以進(jìn)行應(yīng)力

分析是很有必要的，壓力管道應(yīng)力分析的內(nèi)容相對(duì)較多，主要體現(xiàn)在以下

幾個(gè)方面。

2壓力管道應(yīng)力分析的特征

壓力管道在應(yīng)力分析過程中還不夠嚴(yán)謹(jǐn)，其中還存在著一些缺陷，其

主要原因是因?yàn)閴毫艿缿?yīng)力由歷史根源所造成的校核準(zhǔn)則存在不足，但

壓力管道應(yīng)力分析有著自身的特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)在壓力管道的應(yīng)力分析之中，沒有考慮管道的薄膜應(yīng)力和局部

彎曲應(yīng)力，從而導(dǎo)致一次應(yīng)力中沒有對(duì)一次總體薄膜應(yīng)力、一次局部薄膜

應(yīng)力和一次彎曲應(yīng)力進(jìn)行細(xì)分；在一次應(yīng)力校核準(zhǔn)則中往往忽視了對(duì)一次

彎曲應(yīng)力和一次局部薄膜應(yīng)力進(jìn)行校核，而只對(duì)一次總體薄膜應(yīng)力進(jìn)行了

校核。

(2)計(jì)算一次應(yīng)力主要是為了避免管道在安裝的時(shí)候承受不住壓力

而塌下來。計(jì)算二次應(yīng)力是為了防止管道在發(fā)生熱變形之后是否會(huì)出現(xiàn)問

題，通過二次應(yīng)力計(jì)算管道是否發(fā)生偏移、移位，并防止并排管道所產(chǎn)生

的相互影響。

(3)二次應(yīng)力校核具有著自身的操作方式，最主要是針對(duì)其結(jié)構(gòu)的

安定性，只需滿足結(jié)構(gòu)安定性條件，就可以避免壓力管道產(chǎn)生低周疲勞。

(4)一次應(yīng)力校核主要是校核壓力管道的縱向應(yīng)力，其最主要的特

點(diǎn)是不遵循剪應(yīng)力理論，二次應(yīng)力校核雖然遵循的是最大剪應(yīng)力，但其計(jì)

算應(yīng)力過程中不會(huì)計(jì)算管道軸向立，只考慮管道彎矩和扭矩的作用。

3壓力管道的應(yīng)力分類及校核準(zhǔn)則

壓力管道與壓力容器有所不同，對(duì)于不同的管道根據(jù)管道自身的特點(diǎn)

都有著不同的校核準(zhǔn)則，由于壓力管道的應(yīng)力分析主要側(cè)重于對(duì)管系整體

的分析，而壓力容器的應(yīng)力分析主要是對(duì)局部進(jìn)行詳細(xì)的分析，兩者在應(yīng)

力分類的方法和校核準(zhǔn)則上都存在著較大的差異。由于壓力管道的應(yīng)力分

析主要是對(duì)管系整體，而不是對(duì)局部進(jìn)行詳細(xì)的分析。由于結(jié)構(gòu)整體存在

著復(fù)雜性，在進(jìn)行應(yīng)力分析分析的過程中需對(duì)壓力管道的整體幾何特征進(jìn)

行簡化，這樣有利于計(jì)算，否則在應(yīng)力分析中計(jì)算太過于復(fù)雜，將嚴(yán)重影

響到管道應(yīng)力分析的結(jié)果。依目前情況來看，管道應(yīng)力分析主要依據(jù)的標(biāo)

準(zhǔn)是ASMEB31系列。在ASMEB31系列對(duì)壓力管道的應(yīng)力分析中采用了薄

壁假設(shè)。

3.1.1?管道應(yīng)力分析中的薄壁假設(shè)

對(duì)薄壁圓筒與厚壁圓筒的劃分本文中以K=DO、Di=l.2為界，DO表示

為管道的外徑，Di表示為管道的內(nèi)經(jīng)，在KW1.2的情況下為薄壁圓筒,

在K>1.2的情況下為厚壁圓筒。在薄壁圓筒應(yīng)力分布上有以下幾個(gè)方面的

理論假設(shè)：

在管壁很薄的情況下，應(yīng)力沿壁厚均勻分布；對(duì)薄壁圓筒的分析中，

徑向應(yīng)力。r相對(duì)于環(huán)向應(yīng)力。0與軸向應(yīng)力。z來說是相較小的，可以

看作徑向應(yīng)力。廠0,將薄壁作為內(nèi)壓圓筒中的假設(shè)，在K=1.2的情況下,

計(jì)算誤差大概在10%左右，在這個(gè)范圍內(nèi)是允許的。

3.1.2?壓力管道應(yīng)力分類

上述中所說壓力管道的分析設(shè)計(jì)所遵循的是ASMEB31系列，它是針

對(duì)不同行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)所組成的，在我國有關(guān)壓力管道的應(yīng)力分析的標(biāo)準(zhǔn)基本

參考的是ASMEB31,本文為了方便起見，將工藝管道標(biāo)準(zhǔn)ASMEB31為例

進(jìn)行分析。

在ASMEB31中，并沒有直接提到一次應(yīng)力與二次應(yīng)力，但都是依據(jù)

一次應(yīng)力與二次應(yīng)力來進(jìn)行應(yīng)力校核的，在壓力管道分析中，一次應(yīng)力與

二次應(yīng)力與壓力容器應(yīng)力分析設(shè)計(jì)中的定義幾乎相同，所不同的是不細(xì)分

為以此彎曲應(yīng)力、一次總體薄膜應(yīng)力、一次局部薄膜應(yīng)力，同時(shí)也沒有峰

值應(yīng)力所說。其主要是因?yàn)閴毫艿缿?yīng)力分析過程中所采用的薄壁假設(shè)不

需進(jìn)行詳細(xì)的局部應(yīng)力分析的原因。

3.1.3?壓力管道應(yīng)力校核準(zhǔn)則

在ASMEB31中壓力管道應(yīng)力校核準(zhǔn)則有重力、壓力、持續(xù)荷載在管

道中所產(chǎn)生的熱態(tài)許應(yīng)用力Sh應(yīng)高于縱向應(yīng)力SL,表示方式為Sh?SL；

由于二次應(yīng)力的校核準(zhǔn)則是由熱膨脹、冷縮或端點(diǎn)位移所引起的許用值SA

應(yīng)高于位移應(yīng)力SE,其表示為SA?SE,計(jì)算方式為:

SA=$(1.25SC+0.25SH)

在以上公式中，$所表示為許用應(yīng)力范圍的減小系數(shù)，SC表示為冷態(tài)

許用應(yīng)力。當(dāng)熱態(tài)許用應(yīng)力Sh大于縱向應(yīng)力SL時(shí)，兩者之間的差值可加

入到上述公式中的0.25Sh上，其需用應(yīng)力范圍SA計(jì)算公式為：

SA=f[1.25(SC+Sh)-SI]

在ASMEB31.3中，其二次應(yīng)力范圍SE是不考慮軸向力作用的情況下

最大剪應(yīng)理論的當(dāng)量應(yīng)力，其公式表示為：

SE=(Sb2+4St2)1/2

在公式中，Sb所表示管道在冷縮、熱膨脹和端點(diǎn)移位的作用下由合成

彎矩所產(chǎn)生的應(yīng)力。St表示管道在冷縮、熱膨脹和端點(diǎn)移位的作用下由扭

矩所引起的應(yīng)力。總之，在ASMEB31.3中所要求在二次應(yīng)力范圍SE計(jì)算

時(shí)應(yīng)考慮壓力管道在幾何中不連續(xù)處所產(chǎn)生的集中應(yīng)力，主要方法不是進(jìn)

行局部分析，而是乘以應(yīng)力增大系數(shù)。

4結(jié)語

總之，壓力管道在應(yīng)力分析過程中涉及到的內(nèi)容很多，為了能夠更好

的體現(xiàn)壓力管道應(yīng)力分析的目標(biāo)，必須對(duì)壓力管道的應(yīng)力分析進(jìn)行一次應(yīng)

力與二次應(yīng)力分析，然后再進(jìn)行分類校核，只有只有才能消除壓力管道在

應(yīng)力分析過程中的復(fù)雜性，本文通過對(duì)壓力管道應(yīng)力的多方面分析，希望

可以為分析人員提供一些幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]唐永進(jìn).壓力管道應(yīng)力分析的內(nèi)容與特點(diǎn)[M].北京