钢管应力计算
第一章总则
第1.0.1条管道应力计算的任务是：验算管道在内压、自重和其它外载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时所产生的二次应力，以判明所计算的管道是否安全、经济、合理以及管道对设备的推力和力矩是否在设备所能安全承受的范围内。
第1.0.2条本规定适用于以低碳钢、低合金钢和高铬钢为管材的火力发电厂汽水管道的应力计算。
油、空气介质的管道应力计算，可参照本规定执行。
核电站常规岛部分管道应力计算，可参照本规定执行。
第1.0.3条管道的热胀应力按冷热态的应力范围验算。管道对设备的推力和力矩按在冷状态下和在工作状态下可能出现的最大值分别进行验算。
第1.0.4条恰当的冷紧可减少管道运行初期的热态应力和管道对端点的热态推力，并可减少管系的局部过应变。冷紧与验算的应力范围无关。
第1.0.5条进行管系的挠性分析时，可假定整个管系为弹性体。
第1.0.6条使用本规定进行计算的管道，其设计还应遵守《火力发电厂汽水管道设计技术规定》。管道零件和部件的结构、尺寸、加工等，应符合《火力发电厂汽水管道零件及部件典型设计》的要求。
第二章 钢材的许用应力
第2.0.1条 钢材的许用应力，应根据钢材的有关强度特性取下列三项中的最小值：
σb 20/3，σs t /1.5或σ
s t
(0.2%)
/1.5，σ
D
t
/1.5
其中 σb
20——钢材在20℃时的抗拉强度最小值（MPa ）；
σs t ——钢材在设计温度下的屈服极限最小值（MPa ）； σs t
(0.2%)
——钢材在设计温度下残余变形为0.2%时的屈服极限最
小值（MPa ）；
σ
D t
——钢材在设计温度下105h 持久强度平均值。
常用钢材的许用应力数据列于附录A 。
国产常用钢材和附表中所列的德国钢材的许用应力按本规定的安全系数确定。
美国钢材的许用应力摘自美国标准ASME B31.1。
对于未列入附录A 的钢材，如符合有关技术条件可作为汽水管道的管材时，
它的许用应力仍按本规定计算。
第三章管道的设计参数
第3.0.1条设计压力的取用
管道设计压力（表压）系指管道运行中内部介质最大工作压力。对于水管道，设计压力的取用，应包括水柱静压的影响，当其低于额定压力的3%时，可不考虑。
主要管道的设计压力，应按下列规定选用：
一．主蒸汽管道
当为亚临界参数时，取用锅炉过热器出口的额定工作压力或锅炉最大连续蒸发量下的工作压力。
当为超临界参数时，取用锅炉最大连续蒸发量下过热器出口工作压力的1.05倍。
当锅炉和汽轮机允许超压5%（简称5%OP）运行时,应加上5%的超压值。
二．再热蒸汽管道
取用汽轮机最大计算出力工况（调节汽门全开，简称VWO或VWO+5%OP）热平衡中高压缸排汽压力的1.15倍。对于再热器出口联箱到汽轮机的部分，可减至再热器出口安全阀动作的最低整定压力。
三．汽轮机抽汽管道
非调整抽汽管道，取用汽轮机最大计算出力工况下该抽汽压力的1.1倍，且不小于0.1MPa。调整抽汽管道，取其最高工作压力。
四．背压式汽轮机排汽管道
取其最高工作压力。
五．减压装置后的蒸汽管道
取其最高工作压力。
六．与直流锅炉启动分离器连接的汽水管道
取用分离器各种运行工况中可能出现的最高工作压力。
七．高压给水管道
非调速给水泵出口管道，从前置泵到主给水泵或从主给水泵至锅炉省煤器进口区段，分别取用前置泵或主给水泵特性曲线最高点对应的压力与该泵进水侧压
力之和；
调速给水泵出口管道，从给水泵出口至关断阀的管道，设计压力取用泵在额定转速特性曲线最高点对应的压力与进水侧压力之和；从泵出口关断阀至锅炉省煤器进口区段，取用泵在额定转速及设计流量下泵提升压力的1.1倍与泵进水侧压力之和。
以上高压给水管道压力，应考虑水泵进水温度对压力的修正。
八．低压给水管道
对于定压除氧系统，取用除氧器额定压力与最高水位时水柱静压之和；
对于滑压除氧系统，取用汽轮机最大计算出力工况下除氧器加热抽汽压力的1.1倍与除氧器最高水位时水柱静压之和。
九．凝结水管道
凝结水泵进口侧管道，取用泵吸入口中心线至汽轮机排汽缸接口平面处的水柱静压（此时凝汽器内按大气压力），且不小于0.35MPa；
单级泵系统泵出口侧管道，取用泵出口阀关断情况下泵的扬程与进水侧压力（上述水柱静压）之和；
两级泵系统的凝结水泵出口侧管道，取用原则同单级泵系统泵出口侧管道；
两级泵系统的凝结水升压泵出口侧管道，取用两台泵（凝结水泵和凝结水升压泵）出口阀关闭情况下泵的扬程之和。
十．加热器疏水管道
取用汽轮机最大计算出力工况下抽汽压力的1.1倍，且不小于0.1MPa。当管道中疏水静压引起压力升高值大于抽汽压力的3%时，尚应计及静压的影响。
十一．锅炉排污管道
锅炉排污阀前或者当排污阀后管道装有阀门或堵板等可能引起管内压力升高时，对于定期排污管道，设计压力应不小于汽包上所有安全阀中的最低整定压力与汽包最高水位至管道最低点水柱静压之和；对于连续排污管道，设计压力应不小于汽包上所有安全阀的最低整定压力。当锅炉排污阀后不会引起管内压力升高时，排污管道（定期排污或连续排污）的设计压力按表3.0.1选取。
10.301
十二．给水再循环管道
当采用单元制系统时，进除氧器的最后一道关断阀及其以前的管道，取用相应的高压给水管道的设计压力，其后的管道，对于定压除氧系统，取用除氧器额定压力；对于滑压除氧系统，取用汽轮机最大计算出力工况下除氧器加热抽汽压力的1.1倍。
当采用母管制系统时，节流孔板及其以前的管道，取用相应的高压给水管道的设计压力；节流孔板后的管道，当未装设阀门或介质出路上的阀门不可能关断时，取用除氧器的额定压力。
十三．安全阀后排汽管道
应根据排汽管道的水力计算结果确定。
第3.0.2条设计温度的取用
设计温度系指管道运行中内部介质的最高工作温度。
主要管道的设计温度，应按下列规定选用：
一．主蒸汽管道
取用锅炉过热器出口蒸汽额定工作温度加上锅炉正常运行时允许的温度偏差值。温度偏差值，可取用5℃。
二．再热蒸汽管道
高温再热蒸汽管道，取用锅炉再热器出口蒸汽额定工作温度加上锅炉正常运行时允许的温度偏差，温度偏差值，可取用5℃；
低温再热蒸汽管道，取用汽轮机最大计算出力工况下高压缸排汽参数，等熵求取在管道设计压力下的相应温度。如制造厂有特殊要求时，该设计温度应取用可能出现的最高工作温度。
三．汽轮机抽汽管道
非调整抽汽管道，取用汽轮机最大计算出力工况下抽汽参数，等熵求取管道设计压力下的相应温度；
调整抽汽管道，取用抽汽的最高工作温度。
四．背式压汽轮机排汽管道
取用排汽的最高工作温度。
五．减温装置后的蒸汽管道
取用减温装置出口蒸汽的最高工作温度。
六．与直流锅炉启动分离器连接的汽水管道
取用分离器各种运行工况中管道可能出现的汽水最高工作温度。
七．高压给水管道
取用高压加热器后高压给水的最高工作温度。
八．低压给水管道
对于定压除氧器系统，取用除氧器额定压力对应的饱和温度；
对于滑压除氧器系统，取用汽轮机最大计算出力工况下1.1倍除氧器加热抽汽压力对应的饱和温度。
九．凝结水管道
取用低压加热器后凝结水的最高工作温度。
十．加热器疏水管道
取用该加热器抽汽管道设计压力对应的饱和温度。
十一．锅炉排污管道
锅炉排污阀前或者当排污阀后管道装有阀门或堵板等可能引起管内压力升高时，排污管道（定期排污或连续排污）的设计温度，取用汽包上所有安全阀中的最低整定压力对应的饱和温度。
锅炉排污阀后不会引起管内压力升高时，排污管道（定期排污或连续排污）的设计温度按表3.0.2选取。
10.301
十二．给水再循环管道
对于定压除氧系统，取用除氧器额定压力对应的饱和温度；对于滑压除氧系统，取用汽轮机最大计算出力工况下1.1倍除氧器加热抽汽压力对应的饱和温度。
十三．安全阀后排汽管道
排汽管道的设计温度，应根据排汽管道水力计算中相应数据选取。
第四章 承受内压的管子壁厚计算
一．第4.0.1条 直管最小壁厚S m 应按下列规定计算：按直管外径确定时：
)11.0.4(-++=α2Yp η2[σ]pD S t
o
m 二．按直管内径确定时：
)21.0.4(---++=
Y)
2p(1η2[σ]2Ypαηα2[σ]pD S t t i m
以上两式中
S m —直管的最小壁厚（mm ） p —设计压力（MPa ）；
D 0—管子外径（mm ）。设计计算时，管道外径选用标准和材料技
术条件表内所列的外径来计算Sm 值。当计算现有的或库存的管道的许用工作压力时，实测管道外径和管端较薄处的最小壁厚，用来计算许用工作压力。
D i —管子内径（mm ）。设计计算时，管道内径可取采购技术条件
内允许的最大可能值。当计算现有的或库存的管道许用工作压力时，实测内径和管端最簿处的最小壁厚可用来计算许用工作压力。
[σ]t —钢材在设计温度下的许用应力（MPa ）；
Y — 温度对计算管子壁厚公式的修正系数,对于铁素体钢，482℃及以下时Y = 0.4，510℃时Y = 0.5，538℃及以上时Y = 0.7；对于奥氏体钢，566℃及以下时Y = 0.4，593℃时Y = 0.5，621℃及以上时Y = 0.7；中间温度的Y 值，可按内插法计算；当管子的D 0 / S m < 6时，对于设计温度小于等于482℃的铁素体和奥氏体钢，其Y 值应按下式计算：Y= D i / (D i + D 0)。
α —考虑腐蚀﹑磨损和机械强度要求的附加厚度（mm ）
η—许用应力的修正系数，无缝钢管的η=1.0，纵缝焊接钢管按有关制造技术条件检验合格者，其η值按表4.0.1取用，螺旋焊缝钢管按SY/T5037-2000标准生产制作和无损检验合格者，η=0.9。
第4.0.2条 直管计算壁厚S c 应按下列方法确定：
S c = S m +c
(4.0.2-1)
式中
c ─直管壁厚负偏差值（mm ）。
一．对于热轧生产的无缝钢管，壁厚负偏差系数值可按下式确定：
c = AS m
(4.0.2-2)
式中
A ─直管壁厚负偏差系数，根据管子产品技术条件中规定的壁厚允许
负偏差（m%）按公式m
m
A -=
100计算，或按表4.0.2取用。
二．对于按内径确定壁厚及采用热挤压生产的无缝钢管，壁厚负偏差值应根据管子产品技术条件中的规定选用。
三．
对于焊接钢管，采用钢板厚度的负偏差值，但C 值不得小于0.5 mm 。
第4.0.3条 直管公称壁厚S n ，对于按外径确定壁厚的钢管，根据直管计算
壁厚S c 按管子产品规格选用；对于按内径确定壁厚的无缝钢管，根据直管计算壁厚S c 和制造厂产品技术条件中的有关规定选用。在任何情况下，S n 均应等于或大于S c 。
第4.0.4条 弯管的壁厚应按下列方法确定：
一．用作弯管的直管，其最小壁厚根据弯曲半径而定，按表4.0.4取用。6倍管子外径
二．弯管后任何一点的实测最小壁厚不得小于直管最小壁厚S m。
第五章补偿值的计算
第5.0.1条管道一般以设备连接点或固定点分为若干管段，设备连接点或固定点之间互相连接的各管段，构成一个独立的计算管系，统一进行挠性分析和计算。
第5.0.2条在进行作用力和力矩计算时，应采用右旋直角坐标系作为基本坐标系。基本坐标的原点可以任意选择，一般Z轴为向上的垂直轴，X轴为沿主厂房纵向的水平轴，Y轴为沿主厂房横向的水平轴。
第5.0.3条当端点无附加角位移时，计算管系（或分支）的线位移全补偿值可按下列公式计算：
△X = △X B- △X A- △X t AB 5.0.3-1
△Y = △Y B- △Y A- △Y t AB
△Z = △Z B- △Z A- △Z t AB
其中
△X t AB = αt（X B - X A）（t - t amb） 5.0.3-2△Y t AB = αt（Y B - Y A）（t - t amb）
△Z t AB= αt（Z B - Z A）（t - t amb）
上二式中
△X，△Y，△Z——计算管系（或分支）沿坐标轴X﹑Y﹑Z的线位移全补偿值（mm）；
△X B，△Y B，△Z B——计算管系（或分支）的末端B沿坐标轴X、Y、Z的附加线位移（mm）；
△X A，△Y A，△Z A——计算管系（或分支）的始端A沿坐标轴X、Y、Z的附加线位移（mm）；
△X t AB，△Y t AB，△Z t AB——计算管系（或分支）AB沿坐标轴X、Y、Z的热伸长值（mm）；
αt ——钢材在工作温度下的线膨胀系数（10-6/℃），常用钢材在工作温度下的线膨胀系数列于附录A；
X B，Y B，Z B——计算管系（或分支）的末端B的坐标值（mm）；
X A，Y A，Z A ——计算管系（或分支）的始端A的坐标值（mm）；
t ——工作温度（℃）
t amb ——计算安装温度（℃），可取用20℃。
第5.0.4条 工作温度在430℃及以上的管道宜进行冷紧，冷紧比（即冷紧值
与全补偿值之比）不宜小于0.7；对于其它管道，当需要减小工作状态下对设备的推力和力矩时，也可进行冷紧。冷紧有效系数，对工作状态取2/3，对冷状态取1。
第5.0.5条 当管道各方向（沿坐标轴X 、Y 、Z ）采用不同冷紧比时，应计
算管道在冷状态下各方向的冷补偿值。它的数值等于该方向的冷紧值，即 CS AB X X ?=?20 CS AB Y Y ?=?20
（5.0.5）
CS AB Z Z ?=?20
式中
△X
20
﹑△Y 20﹑△Z 20 ——计算管系（或分支）沿坐标轴X 、Y 、Z 的线位移冷
补偿值（mm ）；
△X
CS AB
﹑△Y CS AB ﹑△Z CS AB ——计算管系（或分支）AB 沿坐标轴X 、Y 、Z 的
冷紧值（mm ）。
第六章 管道的应力验算
第6.0.1条 管道在内压下的应力验算
一．管道在工作状态下，由内压产生的折算应力不得大于钢材在设计温度下
的许用应力，即
)1.0.6(t
o eq [σ]
α)
η(S α)]Y(S p[0.5D σ≤---=
式中 σ
eq
─内压折算应力（MPa ）；
p ─设计压力（MPa ）； D o ─管子外径（mm ）； S ─管子实测最小壁厚（mm ）；
Y ─温度对计算管子壁厚公式的修正系数（见第4.0.1条）；
η─许用应力的修正系数,其取值见第4.0.1条； α─考虑腐蚀、磨损和机械强度的附加厚度（mm ）；
[σ]t ─钢材在设计温度下的许用应力（MPa ）。
二．当管道在运行中有压力波动，或压力、温度同时波动，且超过设计压力或设计温度时，还必须验算瞬态变化的安全性，即
1．任何24h 连续运行时间内，超温或超压时间少于10%者，计算管道在超压或（和）超温下的最大应力不得超过钢材在相应温度下许用应力的1.15倍；
2．任何24h 连续运行时间内，超温或超压时间少于1%者，计算管道在超压或（和）超温下的最大应力不得超过钢材在相应温度下许用应力的1.2倍。
第6.0.2条 管道在持续荷载下的应力验算
管道在工作状态下，由持续荷载即内压、自重和其他持续外载产生的轴向应力之和，必须满足下式的要求：
)2.0.6(t
A 2i 2o 2i
L 1.0[σ]W
iM 0.75D D pD σ≤+-=
式中 p ─设计压力（MPa ）； D o ─管子外径（mm ）； D i ─管子内径（mm ）；
M A ─由于自重和其它持续外载作用在管子横截面上的合成力矩
表面残余应力分析
表面残余应力 胡宏宇 （浙江工业大学机械工程学院，浙江杭州 310032） 摘要：残余应力主要是由构件内部不均匀的塑性变形引起的。各种工程材料和构件在毛坯的制备、零件的加工、热处理和装配的过程中都会产生不同程度的残余应力。残余应力因其直观性差和不易检测等因素往往被人们忽视。残余应力严重影响构件的加工精度和尺寸稳定性、静强度、疲劳强度和腐蚀开裂。特别是在承力件和转动件上，残余应力的存在易导致突发性破坏且后果往往十分严重。因此，研究残余应力的产生机理、检测手段、消除方法以及残余应力对构件的影响[1]。 关键词：残余应力；切削变形；磁测法；喷丸强化； Surface residual stress （S chool of mechanical engineering，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310032，China） Abstract：Residual stress is mainly caused by the uneven plastic deformation of component. All kinds of engineering materials in the preparation of blank, parts and components processing, heat treatment and assembly process will produce different degree of residual stress. Residual stress because of its intuitive factors such as poor and difficult to detect is often neglected. Seriously affect the residual stress of component machining precision and dimension stability, static strength, fatigue strength and corrosion cracking. Especially on the bearing and rotating parts, the existence of the residual stress can lead to sudden destruction and the consequences are often very serious. Therefore, to study the mechanism of residual stress, detection means, elimination method and the influence of residual stress of components。 Key words：Residual stress；machining deflection；magnetic method；Shot peening strengthening； 前言 随着现代制造技术的发展，大飞机、高铁、核设施等大型设备相继出现；这些设备具有高速、重载和长时间运行的特点，其零部件工作环境恶劣、复杂，且往往对安全性有着极其苛刻的要求，因而对这些设备的关键部件，如轴承、曲轴、传动轴的疲劳寿命和可靠性也有很高的要求，对它们的疲劳寿命预测 和分析成为研究的重点． 金属切削加工是一个伴随着高温、高压、高应率的塑性大变形过程, 在已加工表面上存在着相当大 的残余应力; 同时又由于切削过程切削力和切削热作用及刀具与工件的摩擦等综合因素的影响, 使得零件内部初始的残余应力重新分布并与表面层残余应力耦合作用形成新的残余应力分布规律。残余应力以平衡状态存在于物体内部, 是固有应力域中局部内应力的一种。残余应力是一种不稳定的应力状态, 当物体受到外力作用时, 作用应力与残余应力相互作用, 使其某些局部呈现塑性变形, 截面内应力重新分配; 当外力作用去除后, 整个物体由于内部残余应力的作用将发生形变。 根据理论分析和实验研究的结果，工件的疲劳寿命和加工表面的残余应力状态有重要的关系：残余压应力能抑制工件的疲劳破坏，延长疲劳寿命；残余拉应力则相反，会加速疲劳破坏的出现[2]．因此，了解
管道设计资料-压力管道应力分析[汇编]
压力管道应力分析部分 第一章任务与职责 1.管道柔性设计的任务 压力管道柔性设计的任务是使整个管道系统具有足够的柔性 ,用以防止由于管系的温度、自重、内压和外载或因管道支架受限和管道端点的附加位移而发生下列情况； 1)因应力过大或金属疲劳而引起管道破坏； 2)管道接头处泄漏； 3)管道的推力或力矩过大 , 而使与管道连接的设备产生过大的应力或变形 ,影响设备正常运行； 4)管道的推力或力矩过大引起管道支架破坏； 2.压力管道柔性设计常用标准和规范 1) GB 50316-2000《工业金属管道设计规范》 2) SH/T 3041-2002《石油化工管道柔性设计规范》 3) SH 3039-2003《石油化工非埋地管道抗震设计通则》 4) SH 3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》 5) SH 3073-95《石油化工企业管道支吊架设计规范》 6) JB/T 8130.1-1999《恒力弹簧支吊架》 7) JB/T 8130.2-1999《可变弹簧支吊架》 8) GB/T 12777-1999《金属波纹管膨胀节通用技术条件》 9) HG/T 20645-1998《化工装置管道机械设计规定》 10)GB 150-1998《钢制压力容器》 3.专业职责 1) 应力分析(静力分析动力分析） 2) 对重要管线的壁厚进行计算 3) 对动设备管口受力进行校核计算 4) 特殊管架设计 4.工作程序 1) 工程规定 2) 管道的基本情况 3) 用固定点将复杂管系划分为简单管系 ,尽量利用自然补偿 4) 用目测法判断管道是否进行柔性设计 5) L型 U型管系可采用图表法进行应力分析 6) 立体管系可采用公式法进行应力分析 7) 宜采用计算机分析方法进行柔性设计的管道 8) 采用CAESAR II 进行应力分析 9) 调整设备布置和管道布置
管道培训材料3doc-管道应力
3 管道应力 3.1 石油化工管道应力分析常用规范、标准有哪些？ 答：石油化工管道应力分析常用规范、标准有： (1)《工业金属管道设计规范》（国标报批稿）； (2)《石油化工企业管道柔性设计规范》（SHJ41-91）； (3)《石油化工企业非埋地管道抗震设计通则》（SHJ39-91）； (4)《石油化工企业管道设计器材选用通则》（SH3059-94）； (5)《石油化工企业管道支吊架设计规范》（SH3073-95）； (6) 化工管道设计规范（HG20695-1987）； (7) 化工部设计标准《管架标准图》（HG/T21629-1991）。 3.2 管道应力分析主要包括哪些内容？各种分析的目的是什么？ 答：管道应力分析分为静力分析和动力分析。 静力分析包括： (1) 压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算—防止塑性变形破坏； (2) 管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算—防止疲劳破坏； (3) 管道对设备作用力的计算—防止作用力太大，保证设备正常运行； (4) 管道支吊架的受力计算—为支吊架设计提供依据； (5) 管道上法兰的受力计算—防止法兰泄漏。 动力分析包括： (1) 管道自振频率分析—防止管道系统共振； (2) 管道强迫振动响应分析—控制管道振动及应力； (3) 往复压缩机（泵）气（液）柱频率分析—防止气柱共振； (4) 往复压缩机（泵）压力脉动分析—控制压力脉动值。 3.3 管道上可能承受的荷载有哪些？ 答：管道上可能承受的荷载有： (1) 重力荷载，包括管道自重、保温重、介质重和积雪重等； (2) 压力荷载，压力荷载包括内压力和外压力； (3) 位移荷载，位移荷载包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支承沉降等； (4) 风荷载； (5) 地震荷载； (6) 瞬变流冲击荷载，如安全阀启跳或阀门的快速启闭时的压力冲击； (7) 两相流脉动荷载； (8) 压力脉动荷载，如往复压缩机往复运动所产生的压力脉动；
钢管许用应力
钢管许用应力 钢管壁厚表示方法有管子表号、钢管壁厚尺寸和管子重量三种方法 Sch10s、Sch40s、Sch80s四个等级; 2）以钢管壁厚尺寸表示? 中国、ISO、日本部分钢管标准采用 3）是以管子重量表示管壁厚度,它将管子壁厚分为三种： A．标准重量管,以STD表示 B．加厚管，以XS表示 C．特厚管，以XXS表示。 对于DN≤250mn的管子，Sch40相当于STD，DN<200mm的管子,Sch80相当于XS。补充： 1、以管子表号(Sch．)表示壁厚系列 这是1938年美国国家怔准协会ANSIB36.10(焊接和无缝钢管)标准所规定的。 管子表号(Sch．)是设计压力与设计温度下材料的许用应力的比值乘以1000，并经圆 整后的数值。即 ????? Sch .=P/[ó]t×1000??? （1-2-1） 式中? P—设计压力，MPa；?? ????????? [ó]t—设计温度下材料的许用应力，MPa。 无缝钢管与焊接钢管的管子表号可查资料确定。 ANSI B36.10和JIS标准中的管子表号为；Sch10、20、30、40、60、80、100、120、140、160。 ANSI B36.19中的不锈钢管管子表号为：5S、10S、40S、80S。 ??? 管表号(Sch．)并不是壁厚，是壁厚系列。实际的壁厚，同一管径，在不同的管子表
号中其厚度各异。不同管子表号的管壁厚度，在美国和日本是应用计算承受内压薄壁管厚度 的Barlow公式计算并考虑了腐蚀裕量和螺纹深度及壁厚负偏差-12．5％之后确定的，如公式 (1-2-2)和(1-2-3)所示。??? tB=D0P/2[ó]t??????? （1-2-2）??????????????? t=[D0/2（1-0.125）×P/[ó]t]+2.54??? （1-2-3） 式中? tB 、t——分别表示理论和计算壁厚，mm D0————管外径，mm P——设计压力，MPa [ó]t——在设计温度下材料的许用压力，MPa 计算壁厚径圆整后才是实际的壁厚。 如果已知钢管的管子表号，可根据式（1-2-1）计算出该钢管所能适应的设计压力，即 ????? P=Sch..× [ó]t/1000??????????????? （1-2-4） 例如，Sch40，碳素钢20无缝钢管，当设计温度为350oC时给钢管所能适应 设计压力为： P=40×92/1000①=3.68 MPa 中国石化总公司标准SHJ405规定了无缝钢管的壁厚系列并Sch．5S②，? Sch．10， Sch．10s，Sch．20，Sch．20s，Sch．30，Sch．40，Sch。40s，Sch．60，Sch．80，Sch．100， Sch．120，Sch．140，Sch。160，如表1-2-9所示。 2、以管子重量表示管壁厚度的壁厚系列 美国MSS和ANSI规定的以管子重量表示壁厚方法，将管子壁厚分为；种： ??? (1)标准重量管以STD表示；
Q235_A钢管弯曲回弹角建模与分析
Q235)A 钢管弯曲回弹角建模与分析 t 刘金武 倪小丹 高为国 摘要 分析Q235)A 钢管弯曲回弹过程,利用残余应力分布规律、静力矩平衡条件、变形协调条件等回弹理论推出回弹曲率和回弹角的计算公式,计算其回弹角并与实测值比较。比较结果表明,弯曲角度和弯曲半径与管子直径比值改变时,误差不同。在一定条件下,误差在5%以内。关键词:钢管 回弹角度 建模 中图分类号:TG162.44 文献标识码:A 文章编号:1671)3133(2003)05)0051)02 Modeling and analyzing the bending re 2spring angle of pipe Q 235)A t Liu Jinwu,Ni Xiaodan,Gao Weiguo Abstr act Analyzes the changing process of the stress and strain of pure plastic bending r e 2spring for pipe 1According to the function on stress of r e 2spring,the condition of the balance of moment and co ordination of defor m,calculating formulas of the re 2spring angle and the re 2spr ing curve of pipe are inferred.The experiamental result shows t hat formulas are so precise that it can be applied in engineering. Key words:P ipe Angle of re 2spring Modeling 数控弯管机的控制技术要求利用回弹模型对加工进行补偿。目前常用的补偿模型是近似计算法、弹性模量计算法和简化系数法。这三种方法存在适用范围 窄、误差大、补偿困难的缺点,难于满足生产的高效要求。为此,本文分析回弹的应力应变过程,考虑弯曲时材料的屈服强度、弹性模量、壁厚、管径、弯曲角、弯曲半径、加工硬化、管子精度、塑性区形状和大小、应力状态等多因素的影响,建立了回弹角的数学模型,并与试验结果进行了对比分析。 一、Q235)A 钢管的弯曲回弹过程 图1 内应力分布弯曲回弹现象是钢管在弯曲卸载后,内应力恢复的外在特征。回 弹后,内应力由有载荷时的内、外平衡转变成为无载荷时的内部平衡。内、外平衡时,内、外静力和静力矩大小相等,方向相反。内部平衡时, 内应力按另一规律分布,维持自身的静力、静力矩平衡和变形协调。回弹过程实质是卸载后,内应力重新分布的过程,内应力分布如图1所示。其弯曲残余应力R r 分布规律如下: R r = R s -Ey $k h e 管道应力分析和计算 目次 1 概述 1.1 管道应力计算的主要工作 1.2 管道应力计算常用的规范、标准1.3 管道应力分析方法 1.4 管道荷载 1.5 变形与应力 1.6 强度指标与塑性指标 1.7 强度理论 1.8 蠕变与应力松弛 1.9 应力分类 1.10 应力分析 2管道的柔性分析与计算 2.1管道的柔性 2.2管道的热膨胀补偿 2.3管道柔性分析与计算的主要工作2.4 管道柔性分析与计算的基本假定2.5 补偿值的计算 2.6 冷紧 2.7 柔性系数与应力增加系数 2.8 作用力和力矩计算的基本方法2.9 管道对设备的推力和力矩的计算 3 管道的应力验算 3.1管道的设计参数 3.2钢材的许用应力 3.3管道在内压下的应力验算 3.4 管道在持续荷载下的应力验算 3.5管道在有偶然荷载作用时的应力验算3.6 管系热胀应力范围的验算 3.7力矩和截面抗弯矩的计算 3.8 应力增加系数 3.9 应力分析和计算软件 1 概述 1.1 管道应力计算的主要工作 火力发电厂管道（以下简称管道）应力计算的主要工作是验算管道在内压、自重和其他外载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时所产生的二次应力；判断计算管道的安全性、经济性、合理性，以及管道对设备产生的推力和力矩应在设备所能安全承受的范围内。 管道的热胀应力应按冷、热态的应力范围验算。管道对设备的推力和力矩应按冷状态下和工作状态下可能出现的最大值分别进行验算。 1.2 管道应力计算常用的规范、标准 （1）DL/T 5366－2006火力发电厂汽水管道应力计算技术规程（2）ASME B 31.1－2004动力管道 在一般情况下，对国内工程采用DL/T 5366进行管道应力验算。对涉外工程或顾客有要求时，采用B 31.1进行管道应力验算。 1.3 管道应力分析方法 管道应力分析方法分为静力分析和动力分析。 对于静荷载，例如：管道内压、自重和其他外载以及热胀、冷缩和其他位移荷载作用的应力计算，采用静力分析法。DL/T 5366和B31.1规定的应力验算属于静力分析法。同时，它们也用简化方法计及了地震作用的影响，适用于火力发电厂管道和一般动力管道。 对于动载荷，例如：往复脉冲载荷、强迫振动载荷、流动瞬态冲击载荷和地震载荷作用的应力计算采用动力分析法。核电站管道和地震烈度在９度及以上地区的火力发电厂管道应力计算采用动力分析法。 1.4 管道荷载 无缝钢管热处理残余应力研究进展 指导老师： （内蒙古科技大学材料与冶金学院） 摘要：为消除无缝钢管的轧制和热处理所产生的尺寸和椭圆度误差等缺陷,一般要采用定径工艺。而作为无缝钢管制造最后生产环节的定径工艺决定了管体的尺寸和几何形状, 同时也影响其力学性能。为此,文章研究了满足无缝钢管的尺寸和椭圆度要求下的定径的压下量和温度与残余应力分布的关系,进行无缝钢管定径时的金属流动规律分析,以便减小定径工艺产生的残余应力,获得最佳的定径效果,提高无缝钢管的机械性能,为定径工艺的制定提供理论依据。利用有限元分析软件MSC1M arc模拟无缝钢管淬火过程, 分析了淬火残余应力的分布情况况得到了残余应力按照温度梯度沿半径方向分层分布的规律。 关键词：无缝钢管; 热处理; 残余应力; Abstract: The sizing process must be taken in order to eliminate the size tolerance and roundness one after the seamless pipe rolled and heat treated. As the last procedure of producing the seamless pipe, the sizing pr ocess plays a key role in not only controlling the pipe size and geometr y shape, but also affecting its mechanical performance. There fore, to meet the tolerance requirements, sy stematic investig atio n has been car ried out t o find the dependence relationship of distribution of residual st ress o n the sizingmeasure and temperature. A detailed analy sis thus is performed to understand metal flow on the sizing defo rmation pro cess. This analysis w ill aid to reduce t he residual stress o f sizing pr ocess, achieve an o ptimized sizing technology and enhance the mechanical performance. The analysis results obtained may provide a theoretical foundation for establishing the sizing process. This paper simulates the quenching process o f the hot- rolled seam less pipe using the so ftwa re of M SC1M a rc by FEM. Key words：seamless pipe; heat treatment;residual stress; 1前言 1.1压下量和温度对残余应力分布的影响 在定径轧制中, 无缝钢管直径被压缩的同时,其壁厚也将发生变化, 管体的直径和椭圆度的变化主要取决于定径的压下量, 如果适当调整定径的压下量和温度, 就既能消除无缝钢管的椭圆度, 又能达到规定的直径尺寸, 从而也可使无缝钢管的力学性能有所提高。但是, 在进行无缝钢管定径的同时,也会使管体产生残余应力, 降低其机械强度。因此,为保证管体的几何 管道应力分析概述 CAESARII软件介绍 CAESARII管道应力分析软件是由美国COADE公司研发的压力管道应力分析专业软件。它既可以分析计算静态分析，也可进行动态分析。CAESARII向用户提供完备的国际上的通用管道设计规范，使用方便快捷。交互式数据输入图形输出，使用户可直观查看模型（单线、线框，实体图）强大的3D计算结果图形分析功能，丰富的约束类型，对边界条件提供最广泛的支撑类型选择、膨胀节库和法兰库，并且允许用户扩展自己的库。钢结构建模，并提供多种钢结构数据库.结构模型可以同管道模型合并,统一分析膨胀节可通过标准库选取自动建模、冷紧单元/弯头，三通应力强度因子（SIF）的计算、交互式的列表编辑输入格式用户控制和选择的程序运行方式,用户可定义各种工况。 一、管道应力分析的原则 管道应力分析应保证管道在设计条件下具有足够的柔性，防止管道因热胀冷缩、管道支承或端点附加位移造成应力问题。 二、管道应力分析的主要内容 管道应力分析分为静力分析和动力分析。 静力分析包括： 1）压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算——防止塑性变形破坏； 2）管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算——防止疲劳破坏； 3）管道对设备作用力的计算——防止作用力太大，保证设备正常运行； 4）管道支吊架的受力计算——为支吊架设计提供依据； 5）管道上法兰的受力计算——防止法兰汇漏。 动力分析包括： l）管道自振频率分析——防止管道系统共振； 2）管道强迫振动响应分析——控制管道振动及应力； 3）往复压缩机（泵）气（液）柱频率分析——防止气柱共振； 4）往复压缩机（泵）压力脉动分析——控制压力脉动值。 三、管道上可能承受的荷载 （1）重力荷载：包括管道自重、保温重、介质重和积雪重等； （2）压力荷载：压力载荷包括内压力和外压力； （3）位移荷载：位移载荷包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支承沉降等； （4）风荷载； （5）地震荷载； （6）瞬变流冲击荷载：如安全阀启跳或阀门的快速启闭时的压力冲击： （7）两相流脉动荷载； （8）压力脉动荷载：如往复压缩机往复运动所产生的压力脉动； （9）机械振动荷载：如回转设备的振动。 四、管道应力分析的目的 1）为了使管道和管件内的应力不超过许用应力值； 2）为了使与管系相连的设备的管口荷载在制造商或国际规范（如 NEMA SM-23、API-610、API-6 17等）规定的许用范围内； 3）为了使与管系相连的设备管口的局部应力在 ASME Vlll的允许范围内； 4）为了计算管系中支架和约束的设计荷载； 第一章总则 第1.0.1条管道应力计算的任务是：验算管道在内压、自重和其它外载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时所产生的二次应力，以判明所计算的管道是否安全、经济、合理以及管道对设备的推力和力矩是否在设备所能安全承受的范围内。 第1.0.2条本规定适用于以低碳钢、低合金钢和高铬钢为管材的火力发电厂汽水管道的应力计算。 油、空气介质的管道应力计算，可参照本规定执行。 核电站常规岛部分管道应力计算，可参照本规定执行。 第1.0.3条管道的热胀应力按冷热态的应力范围验算。管道对设备的推力和力矩按在冷状态下和在工作状态下可能出现的最大值分别进行验算。 第1.0.4条恰当的冷紧可减少管道运行初期的热态应力和管道对端点的热态推力，并可减少管系的局部过应变。冷紧与验算的应力范围无关。 第1.0.5条进行管系的挠性分析时，可假定整个管系为弹性体。 第1.0.6条使用本规定进行计算的管道，其设计还应遵守《火力发电厂汽水管道设计技术规定》。管道零件和部件的结构、尺寸、加工等，应符合《火力发电厂汽水管道零件及部件典型设计》的要求。 第二章 钢材的许用应力 第2.0.1条 钢材的许用应力，应根据钢材的有关强度特性取下列三项中的最小值： σ b 20/3，σs t /1.5或σs t (0.2%)/1.5，σD t /1.5 其中 σb 20——钢材在20℃时的抗拉强度最小值（MPa ）； σs t ——钢材在设计温度下的屈服极限最小值（MPa ）； σ s t (0.2%)——钢材在设计温度下残余变形为0.2%时的屈服极限最小值（MPa ）； σD t ——钢材在设计温度下105h 持久强度平均值。 常用钢材的许用应力数据列于附录A 。 国产常用钢材和附表中所列的德国钢材的许用应力按本规定的安全系数确定。 美国钢材的许用应力摘自美国标准ASME B31.1。 对于未列入附录A 的钢材，如符合有关技术条件可作为汽水管道的管材时，它的许用应力仍按本规定计算。 涂层残余应力预测解析模型：平面几何模型 热喷涂涂层：熔化的金属颗粒高速碰撞基板然后快速冷却（淬火），在几毫秒时间内冷却。形成大的拉应力。蠕变和屈服是主要的应力释放的机理。 一个典型的预测热喷涂涂层残余应力分布的数学模型。 1 模型公式 建立在平面几何的基础之上。 1.1 沉积应力 1.1.1 第一层 应变（1）σq——内（淬火）应力；E d——杨氏模量 假设每一个部位产生的应变是不相等的，并产生反作用力F（图1），于是有 (2) 可以写为(3) 在涂层形成一个很大的拉应力，同时，在基板上上产生一个对等的平衡的反作用力——压应力。 形成弯矩（banding moment）(4) 中性层δ1 (5) Composite beam stiffness (6) 平衡弯矩M1，产生曲率变化，κ1-κ0 (7) 通常，κ0可以处理为零。如果涂层在凹面，则曲率是可以明确的。图1的情况。 假设双向应力相等（σx =σz），厚度方向应力可以忽略（σy =0）。 由泊松效应（Poisson effect），σz将在x方向导致一个应变。X方向的net应变可以写为 (8) 于是，x方向的应力应变关系可以表示为： (9) Effective young’s modulus value. 由于仅考虑弹性状态，因此，基板内沿着厚度方向的应力变化应该是线性的，只需要计算基板的底部和顶部的应力即可。从材料力学可以计算： (10) (11) 于是，可以得出涂层第一层中部的应力： (12) 1.1.2 第二层 考虑在基板（镀层）上冲击形成第二层，如图2所示。 不等应变的大小与前面相同。平衡应变改为： (13) 该式中，F2是作用在前面的镀层与基板构成的复合板上的，其中性层δ1如图1所示。这一层与基板具有相同的应变，E2e是等效杨氏模量： (14) 代入上式，可以得到F2的表达式： (15) F2分摊在镀层第一层和基板中。 作用在基板上的力为： (16) 同样，作用第一层镀层上的力为： (17) 显然地，F2s和F2w都是压应力。在镀层的第二层上存在与F2大小相等的拉应力。 大小相等方向相反的力对形成力矩M2： (18) 平衡弯矩M2，产生曲率变化，κ2-κ1 (19) 组合板的硬度（强度）可以写为： (20) 而且可以确定δ2为： (21) 2003年 月 日发布 2003年 月 日实施 质 量 管 理 体 系 文 件 HQB-B06-05.306PP-2003 设计规定 管道应力分析设计规定 版 号：0 受控号： 管道应力分析设计规定HQB-B06-05.306PP- 2003版号编制校核审核批准批准日期 主编部室：管道室参编部室： 参编人员： 参校人员： 会签部室 签署 会签部室 签署 会签部室 签署 说明： 1．文件版号为A、B、C......。 2．每版号中局部修改版次为1/A、2/A……，1/B、2/B……，1/C、2/C……。 本规定（HQB-B06-05.306PP-2003）自2003年月实施。 目录 1. 总则 (1) 2. 应力分析管线的分类及应力分析方法 (2) 3. 管道应力分析设计输入和设计输出 (6) 4. 管道应力分析条件的确定 (9) 5. 管道应力分析评定准则 (11) 附件1 管线应力分析分类表 (14) 附件2 设备管口承载能力表 (15) 附件3 柔性系数k和应力增强系数i (16) 附件4 API 610《一般炼厂用离心泵》(摘录) (17) 附件5 NEMA SM23 (摘录) (22) 附件6 API 661 《一般厂用空冷器》(摘录) (23) 1. 总则 1.1 适用范围 1.1.1 本规定适用于石油化工生产装置及辅助设施中的碳钢、合金钢及不锈钢管道的应力分析设计工作。 本规定所列内容为管道应力分析设计工作的最低要求。 1.1.2 管道应力分析设计应保证管道在设计和工作条件下，具有足够的强度和合适的刚度，防止管道因热胀冷缩、支承或端点的附加位移及其它的荷载（如压力、自重、风、地震、雪等）造成下列问题： 1)管道的应力过大或金属疲劳引起管道或支架破坏。 2)管道连接处泄漏。 3)管道作用在与其相联的设备上的载荷过大，或在设备上产生大的变形或应 力，而影响了设备的正常运行。 4)管架因强度或刚度不够而造成管架破坏。 5)管道的位移量过大而引起的管道自身或其它管道的非正常运行或破坏。 6)机械振动、声频振动、流体锤、压力脉动、安全阀泄放等动荷载造成的管 道振动及破坏。 1.2 应力分析设计工作相关的标准、规范： 1) GB150-1999 《钢制压力容器》 2) GB50316-2000 《工业金属管道设计规范》 3) HG/T20645-1998 《化工装置管道机械设计规定》 4) JB/T8130.2－95 《可变弹簧支吊架》 5) JB/T8130.1－95 《恒力弹簧支吊架》 管道应力分析的原则 管道应力分析应保证管道在设计条件下具有足够的柔性，防止管道因热胀冷缩、管道支承或端点附加位移造成应力问题。 ASME B31《压力管道规范》由几个单独出版的卷所组成，每卷均为美国国家标准。它们是子ASME B31 压力管道规范委员会领导下的编制的。 每一卷的规则表明了管道装置的类型，这些类型是在其发展过程中经考虑而确定下来的，如下所列： B31.1 压力管道：主要为发电站、工业设备和公共机构的电厂、地热系统以及集中和分区的供热和供冷系统中的管道。 B31.3 工艺管道：主要为炼油、化工、制药、纺织、造纸、半导体和制冷工厂，以及相关的工艺流程装置和终端设备中的管道。 B31.4 液态烃和其他液体的输送管线系统：工厂与终端设备剑以及终端设备、泵站、调节站和计量站内输送主要为液体产品的管道。 B31.5 冷冻管道：冷冻和二次冷却器的管道 B31.8 气体输送和配气管道系统：生产厂与终端设备（包括压气机、调节站和计量器）间输送主要为气体产品的管道以及集汽管道。 B31.9 房屋建筑用户管道：主要为工业设备、公共结构、商业和市政建筑以及多单元住宅内的管道，但不包括B31.1 所覆盖的只寸、压力和温度范围。 B31.11 稀浆输送管道系统：工厂与终端设备间以及终端设备、泵站和调节站内输送含水稀浆的管道。 管道应力分析的主要内容 一、管道应力分析分为静力分析析 1.静力分析包括： 1)压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算——防止塑性变形破坏； 2)管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算一一防止疲劳破坏； 3)管道对设备作用力的计算——防止作用力太大，保证设备正常运行； 4)管道支吊架的受力计算——为支吊架设计提供依据： 5)管道上法兰的受力计算一防止法兰汇漏。 2.动力分析包括： 1)管道自振频率分析一一防止管道系统共振： 2)管道强迫振动响应分析——控制管道振动及应力； 3)往复压缩机（泵）气（液）柱频率分析一一防止气柱共振； 4)往复压缩机（泵）压力脉动分析——控制压力脉动值。 二、管道上可能承受的荷载 (1)重力荷载：包括管道自重、保温重、介质重和积雪重等 (2)压力荷载：压力载荷包括内压力和外压力； (3)位移荷载：位移载荷包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支承沉降等； (4)风荷载； 一．焊接钢管 在目前的石油化工生产装置中，大量使用的是无缝钢管，而焊接管子仅在一些介质条件比较低或者因管子直径比较大而无无缝方法供货的情况下才使用焊接钢管，这是因为焊接钢管质量比较差的缘故。随着现代工业技术的发展，焊接钢管的生产技术水平和质量在不断的提高，其应用范围也在不断地扩大。焊接钢管与无缝钢管相比，其价格便宜，材料利用率高，尺寸偏差小，设备投资也较少，尤其是在大直径（DN≥600）钢管的生产上，无缝钢管的生产已经比较困难。因此，目前新建的或改建的石油化工生产装置中，焊接钢管应用的越来越多，尤其是对一些不锈钢应用较多的装置，采用焊接钢管代替无缝钢管，投资可以节省1/4，这对工程建设者来说无异是一个较大的吸引力。 目前，常用的焊接钢管根据其生产时采用的焊接工艺不同可以分为连续护焊（锻焊）钢管、电阻焊钢管和电弧焊钢管三种。 1.连续护焊（锻焊）钢管 连续护焊（锻焊）钢管是在加热炉内对钢带进行加热，然后对已成型的边缘采用进行加压方法使其焊接在一起而形成的具有一条直缝的钢管。其特点是生产效率高，生产成本低，但焊接接头冶金结合不完全，焊缝质量差，综合机械性能差。目前护焊管在压力管道中仅用于水和压缩空气系统。 GB/T3091《低压流体输送用镀锌焊接钢管》、GB/T3092《低压流体输送用焊接钢管》标准的钢管一般为护焊钢管（有时也用电阻焊制造），它们除了流体输送用钢管的必检项目外，只附加了弯曲试验要求，故此类管子的制造、检验要求是比较低的。它们的规格范围为1/8”~6”，壁厚有普通级的和加厚级两种，材料牌号有Q195A、215QA、Q235A三种，适用于设计温度为0℃～100℃、设计压力不超过0.6MPa的水和压缩空气系统。 当输送介质为仪表用净化压缩空气时，因为仪表驱动芯子孔径比较小，若有较小的固体杂质进入就会引起操作故障，因此它采用的管子应为符合GB/T3091标准的镀锌管，而且其管道组成件应是螺纹连接而不是焊接。实际上这点是很难做到的，因为DN≥50的管子及其元件均采用螺纹连接是不合适的。通常，将仪表用净化压缩空气输送用的干管（一般DN≥50）采用无缝钢管，连接为焊接，而支管（一般DN≤40）则采用镀锌管，且支管从干管的上部引出，这样处理的结果基本上能保证仪表用净化压缩空气的干净度要求。 2.电阻焊钢管 电阻焊钢管是通过电阻焊和电感应焊接方法生产的、带有一条直焊缝的钢管，其特点是生产效率高，自动化程度高，焊接时不需要焊条和焊药，对母材损伤小，焊后的变形和残余应力也较小。但它的生产设备较复杂，设备投资高，对焊接接头的表面质量要求也比较高。由于接头处难免有杂质存在，所以接头处的塑性和冲击韧性较低，不宜用于高温高温情况下和重要场合。一般规定电阻焊钢管应使用在不超过200℃的名情况下。 常用的电阻焊钢管标准有SY/T5038《普通流体输送用螺旋缝高频焊钢管》等。SY/T5038标准的规格范围为DN150～DN500，壁厚从4.0mm～10mm共9种规格，材料牌号有Q195、Q215、Q235三种，适用介质为水、煤气、空气、采暖蒸汽等普通流体。 3.电弧焊钢管 电弧焊钢管是采用电弧焊焊接方法生产的钢管，它的特点是焊接接头达到完全的冶金结合，接头的机械性能能够完全达到或接近母材的机械性能。在经过适当的热处理和无损检查之后，电弧焊直缝钢管的使用条件可以达到无缝钢管的使用条件而取代无缝钢管。 根据焊缝形式的不同，电弧焊钢管可分为直缝管和螺旋焊缝管两种。根据焊接时采取的保护方法的不同，电弧焊钢管又可分为埋弧焊钢管融化极气体保护焊钢管两种。 螺旋缝焊接钢管是在焊接过程中，焊枪和焊缝处于旋转运动和直线运动结合的相对运动中，其焊缝呈螺旋形。与直缝钢管相比，其焊缝线度长，而且焊缝的受力为二维拉应力。 钢管许用应力Last revision on 21 December 2020 钢管许用应力 钢管壁厚表示方法有管子表号、钢管壁厚尺寸和管子重量三种方法 Sch10s、Sch40s、Sch80s四个等级; 2）以钢管壁厚尺寸表示中国、ISO、日本部分钢管标准采用 3）是以管子重量表示管壁厚度,它将管子壁厚分为三种： A．标准重量管,以STD表示 B．加厚管，以XS表示 C．特厚管，以XXS表示。 对于DN≤250mn的管子，Sch40相当于STD，DN<200mm的管子,Sch80相当于XS。补充： 1、以管子表号(Sch．)表示壁厚系列 这是1938年美国国家怔准协会(焊接和无缝钢管)标准所规定的。 管子表号(Sch．)是设计压力与设计温度下材料的许用应力的比值乘以1000，并经圆整后的数值。即 Sch .=P/[ó]t×1000 （1-2-1） 式中 P—设计压力，MPa； [ó]t—设计温度下材料的许用应力，MPa。 无缝钢管与焊接钢管的管子表号可查资料确定。 ANSI 和JIS标准中的管子表号为；Sch10、20、30、40、60、80、100、120、140、160。 ANSI 中的不锈钢管管子表号为：5S、10S、40S、80S。 管表号(Sch．)并不是壁厚，是壁厚系列。实际的壁厚，同一管径，在不同的管子表 号中其厚度各异。不同管子表号的管壁厚度，在美国和日本是应用计算承受内压薄壁管厚度 的Barlow公式计算并考虑了腐蚀裕量和螺纹深度及壁厚负偏差-12．5％之后确定的，如公式 (1-2-2)和(1-2-3)所示。 tB=D0P/2[ó]t （1-2-2） t=[D0/2（）×P/[ó]t]+ （1-2-3） 式中 tB 、t——分别表示理论和计算壁厚，mm D0————管外径，mm P——设计压力，MPa [ó]t——在设计温度下材料的许用压力，MPa 计算壁厚径圆整后才是实际的壁厚。 如果已知钢管的管子表号，可根据式（1-2-1）计算出该钢管所能适应的设计压力，即 P=Sch..× [ó]t/1000 （1-2-4） 例如，Sch40，碳素钢20无缝钢管，当设计温度为350oC时给钢管所能适应 设计压力为： P=40×92/1000①= MPa 中国石化总公司标准SHJ405规定了无缝钢管的壁厚系列并Sch．5S②， Sch．10， Sch．10s，Sch．20，Sch．20s，Sch．30，Sch．40，Sch。40s，Sch．60，Sch．80，Sch．100， Sch．120，Sch．140，Sch。160，如表1-2-9所示。 2、以管子重量表示管壁厚度的壁厚系列 美国MSS和ANSI规定的以管子重量表示壁厚方法，将管子壁厚分为；种： (1)标准重量管以STD表示； 状况分析： 根据现场量测情况，最小壁厚为9.1mm，对该部位局部应力的计算过程及结果如下： （1）计算工况与以上钢管桩受力分析相同。 （2）钢管桩顶局部应力计算 取p=900/2=450KN作为计算荷载对钢管桩的局部应力进行验算。 1、仅考虑与钢管桩顶接触的工字钢腹板部分参与受压，工字钢腹板作用在钢管桩上的有效长度按从腹板计算高度边缘处往下45度角扩算计算，简图如下： 阴影部分长度即为作用长度：l=62mm。 故工字钢作用在钢护筒上面的整个受力面积如下图： 钢管桩和加劲肋按2mm 腐蚀进行计算，故钢管桩壁厚为8mm ，加劲肋壁厚为10mm 。 其中：22992mm A = 故：Mp Mp c 2154.15029924500001<=?=σ 故受力满足要求。 2、考虑整个翼缘板参与受力计算，则作用面积如下图： 钢管桩和加劲肋按2mm 腐蚀进行计算，故钢管桩壁厚为8mm ，加劲肋壁厚为10mm 。 其中：23920mm A = 故：Mp Mp c 2158.11439204500001<=?=σ 故受力满足要求。 从以上分析可知钢管桩顶受力在可接受范围以内，在完全不考虑工钢翼板部分参与受力的极端工况下钢管桩顶局部受力仅达到规范规定钢材极限压应力的70.0%，在考虑翼板参与受力的情况下钢管桩顶局部受力为规范规定钢材极限压力的53.4%。 根据现场实际情况，综合上述计算分析可见该部分受力情况安全可靠，无需进行整改。 三、结论 综上所述，除浪溅区钢管桩存在一定的锈蚀程度外，其他构件在外露情况下基本无锈蚀情况，且外表锈蚀的钢管桩经计算能够满足承载力要求。对于其他问题通过相应的措施整改完成后，栈桥仍可以投入正常使用。并在后期的施工过程中，通过限速、检查、防盗等措施加强栈桥的维护和保养，确保栈桥满足施工要求。管道应力分析和计算
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