Pi St A l i U i CAESAR II Pipe Stress Analysis Using CAESAR II
SIF应力增大系数
金红伟AECsoft
应力增大系数SIF是什么？
应力增大系数是什么？
z考察二次应力（位移应力范围）的计算公式可以看到，当管道结构形状发生急剧变化时，位移应力范围的计算值与直管相比有所增加。对于平滑过渡的弯头和弯管，主要是由于受相比有所增加对于平滑过渡的弯头和弯管主要是由于受弯后管道出现扁平化，使抗弯刚度有所减小。对于斜接弯管或支管连接，位移应力范围增加的主要原因是由于几何不连或支管接位移应力范围增加的要原因是由于几何不续产生的应力集中。上述两种情况都将导致材料抗疲劳能力有所削弱，对疲劳破坏产生不利影响。二次应力校核主要是为了防止疲劳破坏因此为了考虑这种效应在进行二次应为了防止疲劳破坏，因此为了考虑这种效应，在进行二次应力校核时引入了应力增大系数。
z 疲劳对管道的影响详见A.R.C. Markl 疲劳试验
应力增大系数是什么？
z
A.R.C.Markl 在20 世纪40 年代到50 年代期间研究了管道的疲劳破坏断裂现象，并于1953 年公开发表了其研究结果（管道柔性分析），他采用对不同弯曲应力产生的循环位移法对大量的不同管子结构进行了试验不同弯曲应力产生的循环位移法，对大量的不同管子结构进行了试验(直管，各种管件，如90o 弯头，45o 管头，无补强之通，焊接三通等)，他发现他的实验结果符合疲劳曲线形式。z
(M/Z)(SIF) < 6N -0.2(1.25(S c + S h ) –S l )
应力增大系数是什么？
些管件在施加等量载荷条件下相对于管道或其它管件更快失一些管件在施加等量载荷条件下相对于管道或其它管件更快失效—疲劳失效位置
z管道连接处引发的失效，弯头和管道交叉部位。
Markl s试验验证了这些疲劳失效的原因。
z Markl’s
元件疲劳
Markl试验采用对不同弯曲应力产生的循环位移法对大z试验采用对不同弯曲应力产生的循环位移法，对大量的不同管子结构进行了试验(直管，各种管件，如90o弯o
头，45管头，无补强三通，焊接三通等)，他发现他的实验结果符合疲劳曲线形式。归纳并绘制了各种管件应力对应其循环次数的曲线
弯头失效
z弯头椭圆变形
z弯头的变形使得管道柔性加大
z弯头的失效点在图示处失效快于管道和弯头连接的
焊缝位置
应力增强
z相对来说减小元件的许用应力，使用更加准确，方便。
平面内/平面外
z ASMEB31.3工艺管线区分平面内和平面外弯曲z平面内弯曲保持管件在其原有平面内变形
z平面外弯曲使得管件在其平面外变形
平面内/平面外
Markl理论在当今规范中的应用
M kl
z Markl 将他的研究延展到了其他管件和连接件。
附
z ASMEB31.1/31.3附录D
附中释
z注意附录D中的注释
B311Appendix D B31.1 Appendix D
B31.3 Appendix D B313Appendix D
B313SIF
B31.3 SIF Example
B31.3 Sample SIF Calculations
Welding elbow or pipe bend
B31.1 SIF Example
B311SIF
B31.1 Sample SIF Calculations
Welding
Welding elbow or pipe bend
Input
SIF在CAESAR II中的应用CAESAR II
SIF在CAESAR II中的应用
CAESAR II
z1 -Reinforced tee (designation from Appendix D of B31.3: Reinforced fabricated tee with pad or saddle): Hole cut in the header pipe, branch pipe stubbed against it and welded, th h d i b h i t bb d i t it d ld d then a pad or saddle welded around the connection to
provide reinforcement
provide reinforcement.
z带补强板或鞍座的预制加强三通
SIF在CAESAR II
CAESAR
SIF在CAESAR II中的应用
CAESAR II
z2 -Unreinforced tee (designation from Appendix D of B31.3: Unreinforced fabricated tee):
of B31.3:Unreinforced fabricated tee
z Hole cut in the header pipe, branch pipe stubbed against it and welded, with no pad or other reinforcement.
z（无补强）非加强预制三通
矩形面积上均布荷载作用下角点附加应力系数? z/b 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 10.0 条形 a/b 0.0 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.2 0.249 0.249 0.249 0.249 0.249 0.249 0.249 0.249 0.249 0.249 0.249 0.249 0.4 0.240 0.242 0.243 0.243 0.244 0.244 0.244 0.244 0.244 0.244 0.244 0.244 0.6 0.223 0.228 0.230 0.232 0.232 0.233 0.234 0.234 0.234 0.234 0.234 0.234 0.8 0.200 0.207 0.212 0.215 0.216 0.218 0.220 0.220 0.220 0.220 0.220 0.220 1.0 0.175 0.185 0.191 0.195 0.198 0.200 0.203 0.204 0.204 0.204 0.205 0.205 1.2 0.152 0.163 0.171 0.176 0.179 0.182 0.187 0.188 0.188 0.189 0.189 0.189 1.4 0.131 0.142 0.151 0.157 0.161 0.164 0.171 0.173 0.174 0.174 0.174 0.174 1.6 0.112 0.124 0.133 0.140 0.145 0.148 0.157 0.159 0.160 0.160 0.160 0.160 1.8 0.097 0.108 0.117 0.124 0.129 0.133 0.143 0.146 0.147 0.148 0.148 0.148 2.0 0.084 0.095 0.103 0.110 0.116 0.120 0.131 0.135 0.136 0.137 0.137 0.137 2.2 0.073 0.083 0.092 0.098 0.104 0.108 0.121 0.125 0.126 0.127 0.128 0.128 2.4 0.064 0.073 0.081 0.088 0.093 0.098 0.111 0.116 0.118 0.118 0.119 0.119 2.6 0.057 0.065 0.072 0.079 0.084 0.089 0.102 0.107 0.110 0.111 0.112 0.112 2.8 0.050 0.058 0.065 0.071 0.076 0.080 0.094 0.100 0.102 0.104 0.105 0.105 3.0 0.045 0.052 0.058 0.064 0.069 0.073 0.087 0.093 0.096 0.097 0.099 0.099 3.2 0.040 0.047 0.053 0.058 0.063 0.067 0.081 0.087 0.090 0.092 0.093 0.094 3.4 0.036 0.042 0.048 0.053 0.057 0.061 0.075 0.081 0.085 0.086 0.088 0.089 3.6 0.033 0.038 0.043 0.048 0.052 0.056 0.069 0.076 0.080 0.082 0.084 0.084 3.8 0.030 0.035 0.040 0.044 0.048 0.052 0.065 0.072 0.075 0.077 0.080 0.080 4.0 0.027 0.032 0.036 0.040 0.044 0.048 0.060 0.067 0.071 0.073 0.076 0.076 4.2 0.025 0.029 0.033 0.037 0.041 0.044 0.056 0.063 0.067 0.070 0.072 0.073 4.4 0.023 0.027 0.031 0.034 0.038 0.041 0.053 0.060 0.064 0.066 0.069 0.070 4.6 0.021 0.025 0.028 0.032 0.035 0.038 0.049 0.056 0.061 0.063 0.066 0.067 4.8 0.019 0.023 0.026 0.029 0.032 0.035 0.046 0.053 0.058 0.060 0.064 0.064 5.0 0.018 0.021 0.024 0.027 0.030 0.033 0.043 0.050 0.055 0.057 0.061 0.062 6.0 0.013 0.015 0.017 0.020 0.022 0.024 0.033 0.039 0.043 0.046 0.051 0.052 7.0 0.009 0.011 0.013 0.015 0.016 0.018 0.025 0.031 0.035 0.038 0.043 0.045 8.0 0.007 0.009 0.010 0.011 0.013 0.014 0.020 0.025 0.028 0.031 0.037 0.039 9.0 0.006 0.007 0.008 0.009 0.010 0.011 0.016 0.020 0.024 0.026 0.032 0.035 10.0 0.005 0.006 0.007 0.007 0.008 0.009 0.013 0.017 0.020 0.022 0.028 0.032 12.0 0.003 0.004 0.005 0.005 0.006 0.006 0.009 0.012 0.014 0.017 0.022 0.026 14.0 0.002 0.003 0.003 0.004 0.004 0.005 0.007 0.009 0.011 0.013 0.018 0.023 16.0 0.002 0.002 0.003 0.003 0.003 0.004 0.005 0.007 0.009 0.010 0.014 0.020 18.0 0.001 0.002 0.002 0.002 0.003 0.003 0.004 0.006 0.007 0.008 0.012 0.018 20.0 0.001 0.001 0.002 0.002 0.002 0.002 0.004 0.005 0.006 0.007 0.010 0.016 25.0 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.002 0.002 0.003 0.004 0.004 0.007 0.013 30.0 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.002 0.002 0.003 0.003 0.005 0.011 35.0 0.000 0.000 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.002 0.002 0.002 0.004 0.009 40.0 0.000 0.000 0.000 0.000 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.002 0.003 0.008 注：a—矩形均布荷载长度（m）；b—矩形均布荷载宽度（m）；z—计算点离桩端平面垂直距离（m）。
计算题作业解答 5-1 某矩形基础宽度b=4m ，基底附加压力p0=100kpa ，基础埋深2m ，地表以下12m 深度范围内存在两层土，上层土厚度6m ，土天然重度γ=18 kN/m3，孔隙比e 与压力p(MPa)关系取为e=0.85-2p/3，下层土厚度6m, 土天然重度γ=20 kN/m3，孔隙比e 与压力p(MPa)关系取为e=1.0-p 。地下水位埋深6m ，基底中心点以下不同深度处的附加应力系数和该深度范围平均附加应力系数见下表。试采用单向压缩分层总和法和规范推荐分层总和法分别计算该基础沉降量（沉降计算经验系数取1.05）。 作业：只做单向压缩分层总和法 5—1. 解：根据题意下层土sat r ＝20 KN/3 m ，∴' r ＝10 KN/3 m 。以1m 为间隔分层。根据表中数据，计标基底土压力分布如下图： 在第6点：z σσ ?＝ 21 128 ＝0.164<0.20 ∴可计标至6点，即基底6m 深度处。 ∴ S ＝ i S ?∑＝138.9mm
5-3.某饱和粘性土层的厚度为8m ，在土层表面大面积均布荷载p0=160kPa 作用下固结，设该土层的初始孔隙比e=1.0，压缩系数a=0.3MPa-1。已知单面排水条件下加荷历时t=1年时的固结度Uz1=0.43。求：①该粘土层的最终固结沉降量；②单面排水条件下加荷历时一年的沉降量；③双面排水条件下达到单面排水加荷历时一年的沉降量所需要的时间。 5-3 解：（1）1606.67s p kpa s H E MPa = = 111 6.670.3s e E k p a α++=== （2）ct t c s v s = 19.20.438.26t c t s s v c m =?=?= （3）因为：在其它条件相同的情况下，单面排水需要的时间为双面排水的4倍 所以：11t = 211 0.254 t t = =年 6-1破坏面上的法向应力为283kPa 和剪应力为127kPa 以及试件中的最大剪应力140kPa 。 6—1. 解：3 σ ＝200 Kpa 1 σ－3 σ =280 Kpa ∴ 1 σ ＝280＋200＝480 Kpa σ＝21(1σ ＋3 σ )＋2 1 (1 σ－3 σ )cos 2α＝340－0.407×140＝283 Kpa τ＝ 2 1 (1 σ－3 σ )sin 2α＝2 1×280×sin(257)? ＝127.9 Kpa 有效正用力： ' σ ＝δμ-＝283－180＝103 Kpa 破坏发生在45 面上： ∴ max τ ＝2 1 (1 δ－3 δ )＝2 1 ×280＝140 Kpa 6-2大主应面成夹角α=15°的斜面上的正应力573kPa 和剪应力100kPa 。 6—2. 解：圆心（ 1 3 2 σσ+，0），即（400，0） 半径R ＝ 1 3 2 σσ-＝200 Kpa δ＝ 1 3 2 σσ +＋ 1 3 2 σσ -cos 2α＝400＋200×cos30 ＝573 Kpa τ＝ 1 3 2 σσ-sin 2α＝200×sin 30 ＝100 Kpa 7-1某挡土墙高7m ，墙背竖直光滑，墙后填土面水平，并作用均布荷载q =20kPa ，填土分两 层，地下水分布在两层土界面上；上层土厚3m ，γ1=18.0kN/m3, φ1=200,C 1=12.0kPa ；下层位于水位以下，厚4m ，γsat =19.2kN/m3,φ2=260,C 2=6.0kPa 。试求墙背总侧压力E 及作用点位置，并绘侧压力分布图？ 7—1. 解：墙背垂直光滑、水平，符合郎肯条件
1 总则 1．0．1 为了在地基基础设计中贯彻执行国家的技术经济政策，做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量、保护环境，制定本规范。 1．0．2 本规范适用于工业与民用建筑（包括构筑物）的地基基础设计。对于湿陷性黄土、多年冻土、膨胀土以及在地震和机械振动荷载作用下的地基基础设计，尚应符合国家现行相应专业标准的规定。 1．0．3 地基基础设计，应坚持因地制宜、就地取材、保护环境和节约资源的原则；根据岩土工程勘察资料，综合考虑结构类型、材料情况与施工条件等因素，精心设计。 1．0．4 建筑地基基础的设计除应符合本规范的规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。
2 术语和符号 2．1 术语 2．1．1 地基 Subgrade, Foundation soils 支承基础的土体或岩体。 2．1．2 基础 Foundation 将结构所承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。 2．1．3 地基承载力特征值 Characteristic value of subgrade bearing capacity 由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值。 2．1．4 重力密度（重度） Gravity density, Unit weight 单位体积岩土体所承受的重力，为岩土体的密度与重力加速度的乘积。 2．1．5 岩体结构面 Rock discontinuity structural plane 岩体内开裂的和易开裂的面，如层面、节理、断层、片理等，又称不连续构造面。2．1．6 标准冻结深度 Standard frost penetration 在地面平坦、裸露、城市之外的空旷场地中不少于10年的实测最大冻结深度的平均值。 2．1．7 地基变形允许值 Allowable subsoil deformation 为保证建筑物正常使用而确定的变形控制值。 2．1．8 土岩组合地基 Soil-rock composite subgrade 在建筑地基的主要受力层范围内，有下卧基岩表面坡度较大的地基；或石芽密布并有出露的地基；或大块孤石或个别石芽出露的地基。 2．1．9 地基处理 Ground treatment, Ground improvement 为提高地基强度，或改善其变形性质或渗透性质而采取的工程措施。 2．1．10 复合地基 Composite subgrade，Composite foundation 部分土体被增强或被置换，而形成的由地基土和增强体共同承担荷载的人工地基。 2．1．11 扩展基础 Spread foundation 为扩散上部结构传来的荷载，使作用在基底的压应力满足地基承载力的设计要求，且基础内部的应力满足材料强度的设计要求，通过向侧边扩展一定底面积的基础。2．1．12 无筋扩展基础 Non-reinforced spread foundation 由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、灰土和三合土等材料组成的，且不需配置钢筋的墙下条形基础或柱下独立基础。 2．1．13 桩基础 Pile foundation