水网地区漂浮输气管道应力分析

第33卷第4期2016年12月河北工程大学学报（自然科学版）Journal of Hebei University of Engineering (Natural Science Edition)Vol.33 No. 4Dec. 2016文章编号：1673 -9469(2016)04-0056-05d oi：10. 3969/j. issn. 1673 -9469.2016. 04. 013水中悬浮管道的结构形式及受力特征分析卢召红1，高珊珊1，于慧敏2，计静1，闫亮1，刘迎春1(1.东北石油大学土木建筑工程学院，黑龙江大庆163318;2.中国石油大庆石化公司，黑龙江大庆163714)摘要:针对水中悬浮管道，提出其建造方式，并给出计算模型和计算方法。

利用Morison公式计 算作用在管体上的波浪荷载，计算分析管道在波浪力和水流力作用下的内力。

借助ANSYS软 件建立水中悬浮管道的有限元计算模型，运用Airy线性波浪理论计算水质点的速度和加速度，在此方法上计算管体的荷载和内力，与公式计算结果进行对比分析。

结果表明，两者计算结果 基本吻合，其误差在2%范围之内。

关键词：水中悬浮管道；内力；波浪力；Morison公式中图分类号:TE973 文献标识码:AAnalysis of structure and mechanical characteristicof submerged floating pipelineLU Zhaohong1，GA0 Shanshan1，YU Huimin2，JI Jing1，YAN Liang1，LIU Yingchun1(1. School of Civil Engineering and Architecture，Daqing Petroleum Institute, Heilongjiang Daqing 163318, China；2. China Petroleum Daqing Petrochemical Co, Heilongjiang Daqing 163714, China)Abstract：The construction method of submerged floating pipeline was proposed and its the calculation model and calculation method were given. The wave loads on the tube were calculated by the Morison formula, and the internal force of the pipeline under the action of wave force and flow force was calcu­lated and analyzed. With the aid of ANSYS software, the finite element calculation model of the sub­merged floating pipeline was established. The speed and acceleration of water quality point were cal­culated by using Airy linear wave theory, the load and internal force on the pipeline were calculated.Comparative results show that the calculation results are basically consistent, and the deviations are within the controllable range, which can provide reference for the subsequent research and applica­tion.Key words ：Submerged floating pipeline;internal force; wave force; Morison formula油气输送管道在遇到江海湖泊时，其穿越方 式多采用水底管道或水上架空等方式。

管道漂管应力分析及处理措施石悦;赵媛;张俊【摘要】漂管是天然气管道在雨季经常发生的事故,具有偶然性和未知性,对管道危害较大.以工程实例为基础,总结了漂管后处理措施,通过有限元计算分析了管道漂管后的应力状态,同时验证了预防措施和漂管后的治理措施的有效性,为类似事件的处理提供了指导.【期刊名称】《山西化工》【年(卷),期】2018(038)005【总页数】3页(P101-103)【关键词】天然气管道;漂管;应力分析;治理措施【作者】石悦;赵媛;张俊【作者单位】山西能源学院,山西太原 030600;山西天然气有限公司,山西太原030032;山西天然气有限公司,山西太原 030032【正文语种】中文【中图分类】TQ055.8引言敷设于山区、丘陵、河沟地段的天然气管道，在雨季水流的作用下，周边土壤或河床会被冲刷而造成管道裸露。

如遇暴雨或连续雨水天气出现较多水流汇集，极易在裸露管道处发生漂管甚至断管事故，给企业造成严重的经济损失和一定的负面影响输气管道发生漂管后，导致破坏的方式主要有管线共振和疲劳破坏两种[2]。

近些年，许多专家学者通过模糊综合评判法、解析法、仿真模拟等方法分析穿越河流段管道应力情况，研究水体作用下的管道风险评估，并探讨了相应防治措施[3-6]。

漂管后，管道位置发生变化，使管道处于较不利的应力状态，需对漂管后的管道应力状态进行核算，确保输气管道安全、平稳运行。

本文以国内发生的一次典型漂管事件为例，对漂管应力状态进行研究和分析。

1 漂管事件概况1.1 漂管事件我国丘陵地段的某条天然气管道，在一次大暴雨之后，约150 m管道被暴雨冲出，出现漂管情况，如图1所示。

漂管后，管道运营方及时关闭阀门并降低了管道运行压力，现场抢修人员采取排水以降低水位的紧急处理方案。

抽水后，管道发生部分回落，但因淤泥堆积，管道未能回落至原始位置，在水平和垂直方向仍有一定的位移量，使管道产生了一定附加应力。

为防止降雨时再次发生漂管，在管道上方布置了压重块。

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、内压和外载或因笛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适破坏；2)管道接头处泄漏：3)管道的推力或力矩过大，而使与管逍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《石汕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il•通则》4)SH 3059-2001《石油化工管道设讣器材选用通则》5)SH 3073-95《石油化工企业管道支吊架设计规范》6)JBrT8130.1-1999《恒力弹簧支吊架》7)JBfT8130.2-1999《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)HGfT 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)管逍的基本情况3)用固泄点将复杂管系划分为简单管系，尽量利用自然补偿4)用目测法判断管逍是否进行柔性设讣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10）设置、调整支吊架11）设程、调整补偿器12）评左管道应力13）评定设备接口受力14）编制设计文件15）施工现场技术服务5.工程规定1）适用范用2）概述3）设计采用的标准、规范及版本4）温度、压力等计算条件的确定5）分析中需要考虑的荷载及计算方法6）应用的计算软件7）需要进行详细应力分析的管道类別8）管道应力的安全评左条件9）机器设备的允许受力条件（或遵循的标准）10）防I上法兰泄漏的条件11）膨胀节、弹簧等特殊元件的选用要求12）业主的特殊要求13）计算中的专门问题（如摩擦力、冷紧等的处理方法）14）不同专业间的接口关系15）环境设汁荷载16）其它要求第二章压力管逍柔性设汁1.管道的基础条件包括：介质温度压力管径壁厚材质荷载端点位移等。

1. 进行应力分析的目的是1) 使管道应力在规范的许用范围内；2) 使设备管口载荷符合制造商的要求或公认的标准；3) 计算出作用在管道支吊架上的荷载；4) 解决管道动力学问题；5) 帮助配管优化设计。

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。

1) 静力分析包括：(l)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；(6)管系位移计算――防止管道碰撞和支吊点位移过大。

2) 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)往复压缩机气柱频率分析――防止气柱共振；(4)往复压缩机压力脉动分析――控制压力脉动值。

3. 管道应力分析的方法管道应力分析的方法有：目测法、图表法、公式法、和计算机分析方法。

选用什么分析方法，应根据管道输送的介质、管道操作温度、操作压力、公称直径和所连接的设备类型等设计条件确定。

4. 对管系进行分析计算1) 建立计算模型（编节点号），进行计算机应力分析时，管道轴测图上需要提供给计算机软件数据的部位和需要计算机软件输出数据的部位称作节点：(1) 管道端点(2) 管道约束点、支撑点、给定位移点(3) 管道方向改变点、分支点(4) 管径、壁厚改变点(5) 存在条件变化点（温度、压力变化处）(6) 定义边界条件（约束和附加位移）(7) 管道材料改变处（包括刚度改变处，如刚性元件）(8) 定义节点的荷载条件（保温材料重量、附加力、风载、雪载等）(9) 需了解分析结果处(如跨距较长的跨中心点)(10) 动力分析需增设点2) 初步计算（输入数据符合要求即可进行计算）(1) 利用计算机推荐工况（用CASWARII计算，集中荷载、均布荷载特别加入）(2) 弹簧可由程序自动选取(3) 计算结果分析(4) 查看一次应力、二次应力的核算结果(5) 查看冷态、热态位移(6) 查看机器设备受力(7) 查看支吊架受力（垂直荷载、水平荷载）(8) 查看弹簧表3) 反复修改直至计算结果满足标准规范要求（计算结果不满足要求可能存在的问题）(1) 一次应力超标，缺少支架(2) 二次应力超标，管道柔性不够或三通需加强(3) 冷态位移过大，缺少支架(4) 热态水平位移过大，缺少固定点或∏型(5) 机器设备受力过大，管道柔性不够(6) 固定、限位支架水平受力过大，固定、限位支架位置不当或管道柔性不够(7) 支吊点垂直力过大，可考虑采用弹簧支吊架(8) 弹簧荷载、位移范围选择不当，人为进行调整5. 编制计算书，向相关专业提交分析计算结果1) 计算书内容(1) 一次应力校核内容(2) 二次应力校核内容(3) 约束点包括固定点、支吊点、限位导向点和位移点冷态、热态受力(4) 各节点的冷态、热态位移(5) 弹簧支吊架和膨胀节的型号等有关信息(6) 离心泵、压缩机和汽轮机的受力校核结果(7) 经分析最终确定的管道三维立体图，包括支吊架位置、形式、膨胀节位置等信息2) 向相关专业提交分析计算结果(1) 向配管专业提交管道应力分析计算书，计算书不提供给甲方(2) 向设备专业提交设备需确认的设备受力(3) 如果支撑点、限位点、导向点的荷载较大，应向结构专业提交荷载数据(4) 将往复压缩机管道布置及支架设置提交压缩机制造厂确认6. 何谓一次应力，何谓二次应力？分别有哪些荷载产生？这两种应力各有何特点？答：一次应力是指由于外加荷载，如压力或重力等的作用产生的应力。

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。

海洋平台井口管道应力及其影响因素分析摘要：海洋平台是指海上采集油气平台，安装在海洋之上，用于处理从海下开采出来的石油或天然气，由于在海洋之中，不确定因素太多，会受到很多方面的影响，远比在陆地上的环境要复杂得多，而井口又是输出石油或天然气的地方，对安全度的要求非常高，因此对于井口的管道要求更高。

本文阐述了海洋平台及管道应力的概念，对影响海洋平台井口管道应力的关键因素进行了论述，并对应力分析过程进行了探讨。

关键词：海洋平台；井口管道；应力；影响因素前言管道应力的分析不够全面准确会影响到管道的使用，导致可能造成管道的弯曲与扭转，甚至破裂，因而出现安全事故，造成人员的伤亡或经济损失，或者是石油或天然气渗入到海洋中，污染到海洋环境。

因此，海洋平台井口管道在建设前的数据分析非常重要，直接影响到管道工作时的安全。

为确保海洋平台井口管道的可靠性和安全性，使用的应力应小于最大应力的80%，并对每次的布局进行设计，同时，合理的管道是减少额外压力的关键，减小位移，即确保管线的应力值，包括管道是否足够的灵活性，使横向力减小。

为确保安全，连接好管道之间的布置，考虑附加位移，管道的设计必须在应力的分析指导下完成。

一、海洋平台及管道应力的概念1、海洋平台是一种海上建筑设施，主要为方便进行在海上的油气开采及运输、观测等活动，海上平台由钢结构构成，一般情况下可分为固定式和浮动式两种。

海洋平台井口是海洋平台上对油气进行初步处理的平台，井口是石油和天然气从深海输入到采油树的地方，这个地方的管道要承受的压力非常大，所以管道的设计就必须科学合理，管道的承受压力范围必须在安全的范围内，所以就需要对井口管道的应力进行分析。

2、管道的应力是指管道在单位面积上所受的力，应力可分为一次应力和二次应力，一次应力和二次应力都需要计算出来，其中一次应力的计算是为了防止铺设管道后管道的坍塌，而二次应力的计算则是为了防止管道在使用过程中出现的扭曲、变形等问题。

管道应⼒分析和计算新⽣培训教材管道应⼒分析和计算（机务专业篇）国核电规划设计研究院机械部⼆零⼀零年⼗⼀⽉北京校核⼈：编写⼈：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1.1 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及其勘误（2）ASME B 31.1－2007动⼒管道(3 ) DL/T 5054-1996 ⽕⼒发电⼚汽⽔管道设计技术规定在⼀般情况下，对国内⼯程采⽤DL/T 5366进⾏管道应⼒验算。

对涉外⼯程或⽤户有要求时，可采⽤B 31.1进⾏管道应⼒验算。

海底输气管道受力分析与结构优化设计引言海底输气管道作为一种重要的能源利用方式，越来越受到重视。

对于海底输气管道的受力分析与结构优化设计具有重要的意义。

本文将从受力分析的基本原理、管道结构设计等方面进行探讨，提供一种系统的分析和设计方法。

一、受力分析的基本原理1.1 引力和浮力的影响海底输气管道在水中受到引力和浮力的影响。

引力与管道自身的质量和水深相关，在受力分析中必须准确计算。

浮力则与管道的潜水深度和体积有关，对于管道的浮沉控制至关重要。

1.2 风浪和海流的作用风浪和海流是海底输气管道运行过程中的主要外力，对管道的受力分析具有重要影响。

风浪会产生水流动的力量，使管道受到喷射和冲刷，而海流则会对管道施加不均匀的水流压力，导致管道可能发生偏移或承受不均匀的受力。

1.3 温度变化的影响海底输气管道在运行过程中会受到温度的影响，温度变化会导致管道热胀冷缩，使得管道发生应力变化。

因此，在受力分析过程中，必须考虑温度的影响，合理预测温度变化对管道的影响。

二、管道结构设计2.1 管道材料选择海底输气管道的材料选择对于其受力性能和寿命有着重要影响。

在选择材料时，必须综合考虑材料的力学性能、抗腐蚀性以及施工、维修等方面的要求。

常用的材料包括碳钢、不锈钢和高强度合金钢等。

2.2 管道壁厚设计管道的壁厚设计直接影响到管道的受力性能和可靠性。

壁厚过于薄弱会导致管道发生破裂，而过于厚重则不经济。

因此，在进行管道结构设计时，需要合理选择管道的壁厚，保证其在受到外力时能够承受足够的应力。

2.3 管道支撑设计为了保证海底输气管道的稳定性和安全性，合理的支撑设计是必要的。

管道支撑的形式有很多种，包括支吊架、锚固、管道埋设等。

在设计支撑方案时，需要考虑到管道的受力情况、水深和水流等因素，确保支撑结构能够有效地承担管道的重量和外力。

三、结构优化设计3.1 管道路径选择海底地形的不规则性和海流的存在会对输气管道的布置产生影响。

合理的管道路径选择可以减小管道的受力和风险。

一、天然气管道上浮分析天然气管道穿越河道过程中，管道出现上浮状况不受时间限制，可出现在施工中、投产适用后等，系统性分析管道上浮原因，由于物体处于液体内部，受上下压力差影响，液体中存在一定含量的淤泥，核心浮力数值均需依照阿基米德浮力定律，浮力实际大小与多个因素相关，包含液体实际密度、重力加速度、管道排开流体体积，并呈正相关。

1.测算淤泥密度。

若想获取管道实际敷设过程中受淤泥浮力，需准确获知淤泥实际密度，施工现场可采取直接简易方式计算淤泥密度，主要包含：（1）样本选择。

淤泥内部构成元素较多，含有砂粒、含水率以及腐殖物存在较大差异性，最终呈现密度不尽相同。

因此，需准确测量天然气管道敷设淤泥实际密度，通常需依照河道实际状况，在其两侧拿取不同点的淤泥，建议拿去三点以上，选用人工开挖方式取样，深度保持在1.2m以上。

（2）称重。

应在取样坑内拿去适量样本，将其放置于预先准备矿泉水瓶中，将其装满为准，按照不同取样点完成标识；用瓶盖将其密封之后对取样物进行称重，并将相关数据及时记录。

（3）测定。

按照上述瓶内取样物实际重量，计算瓶中实际淤泥密度，最后计算其均值，将其作为管道敷设淤泥均密度。

2.被敷设管道重量计算。

计算管道自身实际重量过程中，由于其内部属于气体，介质不做以计算，仅考量钢管以及外侧防腐层实际重量，管道未被腐蚀下实际重量，其重量与管道长度、外径、壁厚等密切相关，与管道长度成正相关，预制管道加强级防腐层重量，除与上述因素相关之外，还与其防腐层实际密度成正比。

穿越段管道总重量未上述两者之和，最终依照相关数据确定管道受浮力。

二、天然气管道配重设计上述准确计算河道开挖管道敷设实际过程中，管道自身重量以及其受浮力之后，两者间存在的差值便是需增加配重，但并非管道配重越大越好，若配重超限管道受向下应力较大，长此以往该应力持续性致使管道趋于下沉，局部应力大幅度提升，增加焊接处形成裂纹风险，具有严重的危险；若配重不足，管道安装完毕之后可能出现上浮现象，敷设深度未满足相关要求，易受外力破坏。

- 69 -第8期水下海洋工程管汇管道应力分析研究赵晨，刘维维（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452）[摘 要] 随着全球经济的快速发展，各项能源的需求量剧增。

目前全球范围内运用最广泛的能源是化石能源，包括石油和天然气。

随着石油化工技术的发展，各国家各大石油公司都将目光投向了海洋。

海底蕴含着丰富的石油、天然气资源。

我国近年来海洋石油开采技术不断发展完善，但与国外先进技术相比还存在较大差距，特别是在水下控制系统和生产系统设计、管道设施的安装等方面，都还存在不少问题。

水下设备大多数都要用到水下管道。

水下管道承担着水下连通、油气输送等任务。

针对水下管道的应力研究分析，可以有效地提升水下设备的研发工作，保证海洋工程水下控制系统和生产系统的正常运转。

[关键词] 海洋工程；水下管汇；管道；应力分析作者简介：赵 晨 （1986—），男，满族，天津人，大学本科，学士学位，工程师。

主要从事海洋石油工程加工设计工作。

1 压力管道应力分析压力管道应力分析是在特定要求下，对压力管道进行应力计算和其它的力学分析。

这样才能确保管道本身以及与其有连通关系的各类设施、机械的安全稳定性。

通常对承压管道进行的应力分析有静力分析和动力分析两种。

前者是在压力管道仅受静力荷载时进行的应力分析，主要有重力、压力、环境荷载等；后者是在压力管道在经受外界冲击荷载或地震等情况下进行的动力分析。

2 压力管道应力分析计算对压力管段进行分析的主要目的是确保在有附加载荷作用的条件下，管道还能正常工作而不会出现问题。

因为所承受的荷载的特性各不相同，因此管道存在的应力也不相同，特点也是多样的。

压力管道承受的应力类型不同，对于管道产生损坏的情况和程度也不尽相同。

管道应力产生的主要原因是荷载，因为荷载会让管道产生力学变形，从而导致应力产生。

根据材料力学基础理论可了解到，管道应力主要有四类，包括径向应力、环向应力、轴向应力以及剪切应力。

图1表示管道的应力情况。

输气管道站场应力分析成磊;熊林;周丝雨【摘要】为确保管道在安装、试压、运行条件下安全,管道项目均应进行应力分析,以满足管道设计强度和柔性要求.文中以某输气管道工程输气站场为例,通过边界条件的简化处理并考虑埋地段与土壤的真实效应,在CAESARⅡ中建立了输气管道站场应力分析模型进行应力校核、清管工况应力分析.在安装工况、试压工况、运行工况以及清管工况条件下,站场应力模型满足应力校核需求,分析方法和结果也可以做为类似分析的参考.【期刊名称】《管道技术与设备》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】4页(P3-6)【关键词】输气站场;CAESARⅡ;应力分析;天然气管道【作者】成磊;熊林;周丝雨【作者单位】新疆石油勘察设计研究院,新疆乌鲁木齐830026;塔里木油田公司,新疆库尔勒841000;塔里木油田公司,新疆库尔勒841000【正文语种】中文【中图分类】TE88管道应力分析主要是为了满足管道设计强度和柔性要求，确保管道在各种工况下安全运营。

国外管道项目一般均要求提供管道全线应力分析报告，从应力方面证明管道设计的安全性。

在输气管道设计上，一般针对压气站采用应力分析，不是对所有站场的工艺安装都采用应力分析。

在输气管道线路上，钻爆隧道内管道安装和跨越管道设计进行了应力分析，其他地段管道均未进行应力分析设计。

对于输气站场，由于管网复杂，与线路相连的进站部分应重点分析。

目前，国外应用较广泛的管道应力分析软件有CAESARⅡ、AutoPIPE和Triflex 等，其中CAESARⅡ的应用最广泛。

CAESARⅡ具有静态和动态计算分析能力，其包括管道组合载荷下应力计算分析、容器管嘴柔性和应力校核分析、自振频率计算、时程分析等，该软件采用一维梁单元的有限元法，在其管道应力校核方法上，仍主要遵循美国国家标准B31的相关规定[1-4]。

某输气管道工程，新建输气管道设计压力10 MPa，对输气末站进行应力分析，其中输气站场模型相关数据见表1、表2。

●复杂管线中可能存在压力、重量、温度、风、海浪、土壤约束以及地震、动设备的振动、阀门关闭、开启导致的水锤气锤等外力载荷作用。

载荷是管道产生应力问题的原因。

●管道应力分析的任务，实际上是在满足标准规范的前提下对管道进行包括应力计算在内的力学分析，从而保证管道自身和与其相连的机器、设备以及土建结构的安全。

静态分析●静力分析是指在静力载荷的作用下对管道进行力学分析●压力、重力等荷载作用下的管道一次应力计算——防止塑性变形破坏；●热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的管道二次应力计算---防止疲劳破坏；●管道对机器、设备作用力的计算——防止作用力过大，保证机器、设备正常运行；●管道支吊架的受力计算——未支吊架设计提供依据；●管道上法兰的受力计算——防止法兰泄漏；●管系位移计算——防止管道碰撞和支吊点位移过大。

动态分析●动力分析则主要指往复压缩机和往复泵管道的振动分析、管道的地震分析、水锤和冲击荷载作用下管道的振动分析。

●往复压缩机（泵）管道气（液）柱固有频率分析-----防止气（液）柱共振；●往复压缩机（泵）管道压力脉动分析-----控制压力脉动值；●管道固有频率分析-----防止管道系统共振；●管道强迫振动响应分析-----控制管道振动及应力；●冲击荷载作用下管道应力分析-----防止管道振动和应力过大；●管道地震分析-----防止管道地震力过大。

力学模型——3D梁单元●主要的变形特征为弯曲●每一个单元的力学行为均通过端点来描述，包括推力、位移、应力●计算梁单元构造的管道分析模型所需要的材料基本参数包括：刚度、直径、壁厚、长度、弹性模量、泊松比、线胀系数、密度等等…基本应力分类●轴向应力：F/A ,PD/4t ,M/Z（弯矩导致的最大轴向应力通常出现在管壁外表面上）；●环向应力：PD/2t；●径向应力：0（在外表面上不存在）；●剪切应力：T/2Z（在主应力截面上，剪切应力为0）持续性荷载最大的特征是伴随结构的变形而不消失。

热网循环水管道应力分析CAESAR II Ver.5.20.0, (Build 090430) Date: AUG 16, 2021 Time: 12:25Job: D:\\CAESAR计算\\热网循环水管道Licensed To: JIANGSHU ELECTRIC POWER DESIGN -- ID #278511Table of ContentsLISTING OF STATIC LOAD CASES FOR THISANALYSIS ............................................................ ....................... 2 Displacements : 3 (OPE)W+T1+P1+H ........................................................... ..................................................... 3 Displacements : 4 (SUS)W+P1+H .............................................................. (10)Displacements : 5 (EXP)L5=L3-L4 ............................................................ .................................................... 17 Restraints : 3 (OPE)W+T1+P1+H ........................................................... (24)Restraints : 4 (SUS)W+P1+H .............................................................. . (28)Restraints : 5 (EXP)L5=L3-L4 ............................................................ (32)Stresses : 3 (OPE)W+T1+P1+H ........................................................... .. (36)Stresses : 4 (SUS)W+P1+H .............................................................. .. (56)Stresses : 5 (EXP)L5=L3-L4 ............................................................ (76)HANGER REPORT ((TABLE DATA FROM DESIGNRUNS)) .............................................................. . (96)CAESAR II Ver.5.20.0, (Build 090430) Date: AUG 16, 2021 Time: 12:25Job: D:\\CAESAR计算\\热网循环水管道Licensed To: JIANGSHU ELECTRIC POWER DESIGN -- ID #278512LISTING OF STATIC LOAD CASES FOR THIS ANALYSIS1 (HGR) CASE NOT ACTIVE2 (HGR) CASE NOT ACTIVE3 (OPE) W+T1+P1+H4 (SUS) W+P1+H5 (EXP) L5=L3-L4CAESAR II Ver.5.20.0, (Build 090430) Date: AUG 16, 2021 Time: 12:25Job: D:\\CAESAR计算\\热网循环水管道Licensed To: JIANGSHU ELECTRIC POWER DESIGN -- ID #27851DISPLACEMENTS REPORT: Nodal MovementsCASE 3 (OPE) W+T1+P1+H3NODE 10 20 30 38 39 40 50 60 7080 90 95 96 98 99 100 110 120 130 140 150 160 170 180 189 190 192 194 210 220 228 229 230 240 250 260 268 269 270 280 290 310 320 325 329 330 347 348 349 DX mm. -0.000 0.000 2.486 3.013 3.099 2.790 2.201 2.116 1.130 0.471 -0.144 -0.482 -0.567 -0.842 -1.214 -1.355 -1.239 -1.061 -0.351 -0.109 -0.000 0.161 0.225 0.245 -0.392 -0.416 -0.217 -0.002 0.375 1.171 5.694 6.392 6.341 5.438 0.000 -0.000 0.126 0.073 -0.019 -0.000-0.000 0.854 0.410 0.348 0.026 0.003 0.000 -1.219 -1.289 DY mm. -1.380 -0.000 2.617 3.003 3.308 3.199 2.200 2.052 0.226 -1.037 -2.158 -2.751 -2.898 -3.380 -3.609 -3.395 -3.121 -2.737 -1.220 -0.600 0.000 1.932 2.485 2.650 -0.337 0.441 0.987 1.575 2.022 2.976 8.731 8.884 8.225 7.332 -0.000 -3.197 -1.358 -0.878 -0.464 -0.085 -0.000 -1.203 -0.303 -0.180 0.338 0.110 -0.000 -2.934 -2.896 DZ mm. -0.117 -0.000 -0.000 0.049 0.100 0.144 0.175 0.174 -0.000 -0.498 -0.758 -0.716 -0.701 -0.630 -0.448 -0.236 -0.127-0.000 -0.240 -0.146 -0.000 -0.090 -0.000 0.025 -0.216 0.085 0.058 0.029 -0.000 -0.088 0.205 0.162 0.058 -0.000 -0.000 -0.115 0.257 0.333 0.113 0.001 0.000 -1.413 -0.802 -0.717 -0.130 0.006 0.000 0.296 0.232 RX deg.0.0031 0.0000 0.0037 0.0039 0.0037 0.0023 0.0010 0.0010 -0.0012 -0.0027 -0.0143 -0.0111 -0.0111 -0.0085 0.0033 0.0110 0.0098 0.0041 -0.00230.0057 0.0000 0.0029 0.0049 0.0049 0.0551 0.0605 0.0662 0.0666 0.0713 0.0812 0.0486 0.0384 0.0071 0.0055 -0.0000 0.0030 -0.0299 -0.0526 -0.0098 -0.0002 -0.0000 -0.0439 -0.0455 -0.0455 -0.0158 0.0001 0.0000 0.0011 0.0011 RY deg. 0.0000 0.0000 0.0040 0.0045 0.0047 0.0018 -0.0004 -0.0005-0.0158 -0.0153 -0.0002 0.0053 0.0053 0.0078 0.0337 0.0381 0.0375 0.0383 0.0413 0.0197 0.0000 -0.0076 -0.0076 -0.0076 -0.0210 0.0022 0.0042 0.0043 0.0052 0.0044 -0.0094 -0.0175 -0.0264 -0.0235 -0.0000 -0.0000 0.0088 0.0025 0.0060 0.0001 0.0000 -0.0199 -0.0227 -0.0227 -0.0063 -0.0012-0.0000 -0.0290 -0.0290 RZ deg. -0.0000 -0.0000 -0.0427 -0.0412 0.0003 0.0504 0.0553 0.0554 0.0596 0.0600 0.0536 0.0546 0.0546 0.0539 0.0239 -0.0120 -0.0135 -0.0147 -0.0118 -0.0087 -0.0000 -0.0037 -0.0037 -0.0037 0.0804 0.0862 0.0865 0.0865 0.0870 0.0885 0.0861 0.0058 -0.0703 -0.0742 -0.0000 -0.0000 0.0327 0.0268 0.0010 -0.0000 -0.0000 0.0005 -0.0037-0.0038 -0.0021 0.0000 -0.0000 -0.0172 -0.0172CAESAR II Ver.5.20.0, (Build 090430) Date: AUG 16, 2021 Time: 12:25Job: D:\\CAESAR计算\\热网循环水管道Licensed To: JIANGSHU ELECTRIC POWER DESIGN -- ID #27851DISPLACEMENTS REPORT: Nodal MovementsCASE 3 (OPE) W+T1+P1+H4NODE 350 351 352 353 354 360 370 380 390 400 410 420 430 431 432 433 434 440 450 460 468 469 470 480 490 500 501 502 503 504 510 520 530 540 550 560 570 580 581 582 583 584 590 600 610 618 619 620 630 640 DX mm. -1.480 -1.689 0.000 -1.271 1.446 -1.505-0.471 -0.655 0.379 -0.012 -0.244 -0.244 -0.268 -0.477 -1.506 -0.060 0.000 -0.427 -0.003 -0.000 0.285 0.173 -0.155 -0.670 -0.740 -0.931 -1.428 0.000 -0.434 0.000 -0.956 -0.207 -0.391 0.358 -0.032 -0.265 -2.410 -2.435 -2.933 0.000 -1.937 -1.506 -2.593 -0.010 -0.000 -0.040 -0.318 -0.687 -1.204-1.274 DY mm. -2.792 -2.797 0.000 -2.786 -1.230 -2.778 -2.078 -1.149-0.506 -0.497 -0.492 -0.430 -0.417 -0.422 0.818 -0.412 -0.000 -0.331-0.193 -0.000 -0.714 -0.712 -0.651 -0.493 -0.472 -0.413 -0.417 -0.000 -0.410 0.000 -0.406 -0.420 -0.481 -0.521 -0.497 -0.482 0.035 0.043 0.040 -0.000 0.046 0.457 0.091 -0.193 0.000 1.874 1.873 1.901 1.978 1.988 DZ mm. 0.055 0.282 -0.000 -0.171 -9.694 0.032 -6.860 -6.845 -0.011 -0.000 0.001 -10.833 -10.856 -10.630 -1.389 -11.083 0.000 -11.003 0.000 0.000 0.518 0.699 0.462 -0.649 -0.802 -1.222 -0.996 0.000 -1.448 -0.000 -1.277 -7.883 -7.276 -0.016 -0.000 0.005 -4.480 -4.535 -4.309 0.000 -4.761 -3.311 -4.884 -0.000 -0.000 0.574 0.692 0.371 -0.832 -0.996 RX deg. 0.0008 0.0008 0.0008 0.0008 0.0008 0.0007 0.0007 0.0006 0.0006 0.0004 0.0007 0.0007 0.0007 0.0007 0.0007 0.0007 0.0007 0.0007 0.0001 0.0000 0.0051 0.0021 0.0014 0.0007 0.0007 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005 0.0004 0.0004 0.0002 0.0004 0.0004 0.0004 0.0004 0.0004 0.0004 0.0004 0.0004 0.0001 0.0000 0.0026 0.0011 0.0006 0.0003 0.0003 RY deg. -0.0292 -0.0292 -0.0292 -0.0292 -0.0292 -0.0292 0.0026 0.0027 0.0008 0.0004 0.0003 -0.0292 -0.0292 -0.0292 -0.0292 -0.0292 -0.0292 -0.0292 0.0002 0.0000 0.0157 -0.0260 -0.0657 -0.0689 -0.0689 -0.0695 -0.0695 -0.0695 -0.0695 -0.0695 -0.0695 0.1046 0.1046 0.0012 0.0008 0.0007 -0.0696-0.0696 -0.0696 -0.0696 -0.0696 -0.0696 -0.0696 0.0004 0.0000 -0.0121 -0.0449 -0.0721 -0.0739 -0.0739 RZ deg. -0.0172 -0.0172 -0.0172 -0.0172 -0.0172 -0.0172 -0.1600 -0.1600 -0.0007 -0.0007 -0.0007 -0.0172 -0.0172 -0.0172 -0.0172 -0.0172 -0.0172 -0.0172 -0.0005 -0.0000 -0.0085 -0.0094 -0.0097 -0.0096 -0.0096 -0.0096 -0.0096 -0.0096 -0.0096 -0.0096 -0.0096 0.0106 0.0106 -0.0020 -0.0020 -0.0020 -0.0096 -0.0096 -0.0096 -0.0096 -0.0096 -0.0096 -0.0096 -0.0015 -0.0000 -0.0037 -0.0042 -0.0047 -0.0046 -0.0046CAESAR II Ver.5.20.0, (Build 090430) Date: AUG 16, 2021 Time: 12:25Job: D:\\CAESAR计算\\热网循环水管道Licensed To: JIANGSHU ELECTRIC POWER DESIGN -- ID #27851DISPLACEMENTS REPORT: Nodal MovementsCASE 3 (OPE) W+T1+P1+H5NODE 650 651 652 653 654 660 670 672 674 676 678 680 685 690 700 710 711 720 721 730 780 790 800 808 809 810 820 830 840 850 860 870 880 890 900 910 918 919 920 930 938 939 940 950 960 965 970 978 979 980 DX mm. -1.465 -1.995 0.000 -0.935 0.000 -1.490-0.464 -0.647 0.379 -0.011 -0.003 -0.000 -0.243 -0.243 -0.268 -0.798-3.501 0.262 -1.506 -0.427 1.371 1.385 1.536 1.654 1.496 1.218 0.784 0.000 0.183 2.127 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