基于應(yīng)變判據(jù)一般埋地高壓燃?xì)夤艿揽拐鹩?jì)算

蘭敏輝

【摘要】本文將結(jié)合實(shí)際工程案例對(duì)高壓燃?xì)庵惫芏魏退綇澒艿目拐鹩?jì)算進(jìn)行深入的分析研究，在此基礎(chǔ)上探究管頂覆土厚度、彎管轉(zhuǎn)角、管道內(nèi)壓、溫差等因素對(duì)水平彎管在地震動(dòng)、內(nèi)壓、溫度等綜合作用下的拉應(yīng)變、壓應(yīng)變的影響。

【關(guān)鍵詞】高壓燃?xì)夤艿?抗震計(jì)算;水平彎管;地震動(dòng)

在埋地高壓熱燃?xì)夤艿肋\(yùn)行的過(guò)程中，地震動(dòng)是影響其使用壽命的主要因素之一，因此在管道埋設(shè)施工的過(guò)程中，必須做好抗震設(shè)計(jì)。針對(duì)高壓燃?xì)夤艿赖目拐鹩?jì)算是抗震設(shè)計(jì)的重要依據(jù)之一，對(duì)抗震計(jì)算過(guò)程以及影響因素進(jìn)行研究對(duì)于提升管道埋設(shè)質(zhì)量具有十分重要的積極作用。

1、埋地高壓燃?xì)夤艿揽拐鹩?jì)算概述

對(duì)于一般埋地管道的抗震計(jì)算，我國(guó)在該領(lǐng)域的研究已經(jīng)十分全面，如針對(duì)直管段的應(yīng)變雖不同影響因素產(chǎn)生的變化、針對(duì)直管段和彎管的應(yīng)力分析以及地震波作用下埋地管道產(chǎn)生的最大應(yīng)變和應(yīng)力等。當(dāng)前階段，埋地高壓燃?xì)夤艿揽拐鹩?jì)算比較常見(jiàn)的方法包括一般埋地管道直管段和彎管的抗震計(jì)算。

在對(duì)水平彎管進(jìn)行抗震計(jì)算的過(guò)程中，熱脹彎矩是必須計(jì)算的要素之一，雖然GB 50251—2015中并未對(duì)具體的計(jì)算方法進(jìn)行明確，但是在條文說(shuō)明中卻給出了相應(yīng)的文獻(xiàn)作為參考資料，其中提供了較為簡(jiǎn)便的計(jì)算過(guò)程。

在新階段的抗震計(jì)算中，計(jì)算條件不足的情況十分常見(jiàn)，如缺少地震峰值速度。針對(duì)這一情況，可以結(jié)合GB 50251—2008中地震動(dòng)加速度劃分的相關(guān)內(nèi)容，對(duì)地震烈度進(jìn)行深入分析，在此基礎(chǔ)上根據(jù)設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度璇卻設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值速度。

一般埋地高壓燃?xì)夤艿肋\(yùn)行的過(guò)程中，管道內(nèi)壓始終處于不斷變化的狀態(tài)下，管道的工作溫度也會(huì)在燃?xì)鉁囟鹊挠绊懴庐a(chǎn)生相應(yīng)的變化。為了有效的提升管道的抗震性能，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)工作中，可以通過(guò)的對(duì)管道彎曲半徑、彎管轉(zhuǎn)角、管道和土壤摩擦系數(shù)等因素的控制達(dá)成這一目標(biāo)，這也是本文研究的重點(diǎn)之一。

2、埋地高壓燃?xì)夤艿揽拐鹩?jì)算的具體方法

2.1抗震計(jì)算條件介紹

抗震計(jì)算條件一部分可以通過(guò)文獻(xiàn)資料以及勘察數(shù)據(jù)的查詢(xún)獲得，例如，可以根據(jù)勘察資料對(duì)管道場(chǎng)地覆蓋層的厚度、場(chǎng)地土層等效剪切波速進(jìn)行了解，之后結(jié)合規(guī)范文件對(duì)管道沿線的抗震設(shè)防烈度進(jìn)行明確，據(jù)此確定地震動(dòng)峰值加速度。根據(jù)鋼管標(biāo)準(zhǔn)文件對(duì)管道的材質(zhì)、鋼管最低屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度極限、鋼材線膨脹系數(shù)、彈性模量等數(shù)據(jù)進(jìn)行掌握。之后確定管道設(shè)計(jì)壓力、管道下溝回填時(shí)的溫度以及工作溫度。

在掌握以上數(shù)據(jù)之后，可以參照高壓管道布置圖紙選擇其中的一處水平彎管進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算之前，還需了解彎管轉(zhuǎn)角的實(shí)際角度、彎管雙臂的長(zhǎng)度、彎曲半徑倍率、回填土地的密度、管道和土壤之間的內(nèi)摩擦角度等數(shù)據(jù)。

2.2計(jì)算條件的進(jìn)一步細(xì)化

首先，對(duì)彎管制作所用鋼管的壁厚進(jìn)行計(jì)算，由于鋼管在彎制過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)壁厚減薄的情況，根據(jù)管壁體積彎制前后不發(fā)生變化這一條件，可以對(duì)彎制后管道壁厚進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為如下：

其中Mb為彎管的壁厚，M為原材料鋼管的壁厚，R為彎管的彎曲半徑，D為彎管的外直徑。

其次，對(duì)直管段、彎管內(nèi)直徑和截面平均半徑進(jìn)行計(jì)算。

其三，直管段管壁截面積計(jì)算。計(jì)算公式如下：

其中dn為直管段內(nèi)直徑。

其四，場(chǎng)地類(lèi)別。結(jié)合管道場(chǎng)地覆蓋厚度和場(chǎng)地土層等效剪切波速，根據(jù)GB 50470—2008，確定管道場(chǎng)地的類(lèi)別。

其五，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期Tg，根據(jù)場(chǎng)地類(lèi)別對(duì)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

其六，地震動(dòng)峰值速度。根據(jù)GB 50470—2008中對(duì)地震加速度的劃分，編制地震烈度分析表，之后根據(jù)設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度對(duì)地震動(dòng)峰值速度進(jìn)行選取。

2.3限定值計(jì)算

其一，容許拉伸應(yīng)變。根據(jù)管道材質(zhì)拉伸強(qiáng)度極限值，結(jié)合GB 50470—2008的內(nèi)容對(duì)容許拉伸應(yīng)變值進(jìn)行確定。

其二，容許壓縮應(yīng)變S。計(jì)算公式如下：

其中N為直管段或是彎管的壁厚值。由于直管段和彎管的壁厚存在一定的差異，因此二者的容許壓縮應(yīng)變值要有所不同。將相關(guān)數(shù)值帶入到公式中就可以獲得具體數(shù)據(jù)。

其三，管材許用應(yīng)力β，計(jì)算公司如下：

β=Ft

其中F為強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)，t為溫度折減系數(shù)。

2.4直管段抗震核算計(jì)算

其一，地震引起的直管段應(yīng)變。埋地高壓燃?xì)夤艿乐惫芏卧诘卣鹬邢庐a(chǎn)生的最大軸向應(yīng)變?chǔ)龋?jì)算公式如下：

其中a為設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度，Tg為設(shè)計(jì)地震反應(yīng)譜特征周期，v為場(chǎng)地土層等等效剪切波速，v1為設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值速度。

其二，內(nèi)壓和溫度引起的直管段的軸向應(yīng)變。這一部分的計(jì)算分成兩個(gè)部分，分別為環(huán)向應(yīng)力和軸向應(yīng)力計(jì)算、直管段當(dāng)量應(yīng)力計(jì)算。計(jì)算公式如下：

其中dn為直管段管子內(nèi)徑，δn為直管段管子公稱(chēng)壁厚。由內(nèi)壓引起的軸向應(yīng)力ψ計(jì)算公式如下：

Ψ=μΕ+Eα（t1-t2）

其中μ為泊松比，E為鋼材的彈性模量，α為鋼材線膨脹系數(shù)，t1為的管道下溝回填時(shí)的溫度，t2為管道的工作溫度。

直管段當(dāng)量應(yīng)力計(jì)算公式為ρ=Ε-Ψ.

3、埋地高壓燃?xì)夤艿揽拐鹩?jì)算的影響因素分析

3.1管道內(nèi)壓

將計(jì)算公式中的設(shè)計(jì)壓力替換成管道內(nèi)壓，就可以獲得三項(xiàng)組合拉應(yīng)變、三項(xiàng)組合壓應(yīng)變與管道內(nèi)壓的聯(lián)系。隨著管道內(nèi)壓值的不斷增大，三項(xiàng)組合拉應(yīng)變會(huì)出現(xiàn)上升，而三項(xiàng)組合壓應(yīng)變絕對(duì)值則會(huì)下降。在計(jì)算過(guò)程中，要使三項(xiàng)組合拉應(yīng)變處于允許值范圍內(nèi)。

3.2溫差

隨著溫差的不斷增大，三項(xiàng)組合拉應(yīng)變會(huì)升高、三項(xiàng)組合壓應(yīng)變絕對(duì)值會(huì)降低。在計(jì)算過(guò)程中，在溫差處于峰值時(shí)，應(yīng)該保障三項(xiàng)組合拉應(yīng)變不超出允許范圍。在溫差處于最低谷時(shí)，應(yīng)該保障三項(xiàng)組合壓應(yīng)變絕對(duì)值不超出允許值。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，在埋地高壓燃?xì)夤艿揽拐鹩?jì)算的過(guò)程中，溫差、管道內(nèi)壓等多項(xiàng)因素對(duì)三項(xiàng)組合拉應(yīng)變以及三項(xiàng)組合壓應(yīng)變的作用方式存在一定的差異，一次你必須充分考慮到各項(xiàng)因素的影響力。

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