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附录(一)明管结构分析方法一、分段式钢管和镇、支墩荷载计算公式见附表1.1。
二、管壁和加劲环、支承环应力分析。
钢管管壁应力分析的四个基本部位为：①跨中；②支承环旁膜应力区边缘；③加劲环及其旁管壁；④支承环及其旁管壁见附图1.1，分结构力学和弹性力学方法计算，其计算公式如下所述。
(一)结构力学法。
附图1.11.管壁和加劲环、支承环应力计算公式，参见附图1.5和附表1.2。
2.正常工作状态计算点应力计算公式见附表1.3。
3.M、V和M e、V e的计算。
M、V可按多跨连续梁计算。
附图1.2和1.3列出一、二、三跨等跨等截面连续梁及伸缩节悬臂造成连续梁内力之M、V值，以供参考。
附图1.2等截面等跨连续梁内力附图1.3悬臂引起的连续梁内力在距伸缩节三跨以上，即可按两端固结计算M值；跨中0.04167QL cosα支座处：-0.08333QL cosαV值：支座0.5Q cosαM e、V e可近似取：MK MeH≈05.cosα，VK MeH≈05.cosα即n e≈0.5K H(二)弹性力学法。
1.支承环及其旁管壁是否应按弹性力学方法计算，可用附图1.4判别。
2.支承环及其旁管壁应力计算公式见附表1.4。
附图1.4 支承环及其旁管壁应力计算方法判别图三、支承环内力分析。
(一)支承环支承方式。
分为侧支承和下支承两种形式，其结构形式如附图1.7。
(二)正常情况(在管内水重和管重作用下)内力-弹性力学法。
1.侧支承N Q K B K R =+cos ()α112 T Q K CK R =+cos ()α56M QR K b R K R =+cos ()α34当b R =004.，环上正、负弯矩最大值相等。
dM d R θ=0处：θπ=02~，θθctg =+052.b R ππθ~2=，Rb 25.0ctg )(+=-θπθ可在附表1.7中选择接近附表1.7的数字计算内力。
注：①表中荷载包括管内水重、管自重、内水压力及地震力。
钢管静力学分析
钢管静力学分析主要是通过应力分析、挠曲分析和稳定性分析等方法研究钢管在静止状态下的负荷承载能力和变形情况。
具体包括以下几个方面：
1. 应力分析：该部分主要在受力分析基础上，用弹性力学理论计算出材料内部的应力状态，包括内力、剪力、弯矩、轴力等。
2. 挠曲分析：该部分主要是针对长跨度的钢管进行弯曲分析，利用梁理论的基本方程，求出钢管的挠曲形态和挠曲程度，预测钢管变形情况。
3. 稳定性分析：该部分主要是分析钢管在承受压力和弯矩作用下的稳定性能，即能否抵抗外界扰动导致的“失稳”，包括了屈曲和扭转等形式。
通过以上三个方面的分析，可以预测和评估钢管静态承载能力和专业问题，指导钢管结构设计和工程实施。
管道应力分析主要内容及要点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。
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)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)HG“ 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10）设置、调整支吊架11）设置、调整补偿器12）评定管道应力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）适用范围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别8）管道应力的安全评定条件9）机器设备的允许受力条件（或遵循的标准）10）防止法兰泄漏的条件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）环境设计荷载16）其它要求第二章压力管道柔性设计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。
管道设计之管道应力分析开篇Email: 156578102@对管道支撑件（如固定支架、止推支架、导向支架、滑动支架、滚动支架、吊架、弹簧支架等）、阻尼件（如阻尼器）、柔性件（如膨胀节）的选型与设置；对与管道相连的设备的定位、操作的理解；对管道走向的调整与斟酌；对管道元件的局部分析与处理（如法兰、支架生根、SIF）；对管道开停车工况及其介质特性的理解；对管道可能遭受的偶然载荷（如气液两相流、水锤、气锤、安全阀反力、风载荷、地震载荷）的理解程度，一定程度上体现了一个设计院管道设计的水平。
虽然柔性分析仍然是管道应力分析的主要内容，但与振动有关的破坏也越来越受到重视，所以管道设计需要刚柔并济。
话虽这么说，但有时候确实很难，这个时候应该查找相关资料来佐证自己的想法，做到有分寸的考虑相关问题，不能一味按某个不切实际方向去做。
1.管道应力专业工作1.1编写本装置的应力分析统一规定，明确本装置执行的规范及版本,软件及版本；1.2根据统一规定，编写本装置的应力分析关键管线表；1.3参与关键管线及其设备的布置研究；1.4参与关键设备的技术谈判；1.5的委托条件进行详细应力分析（这部分内容很多，等以后大家都了解后可以针对不同管系展开说明），提出应力计算报告及修改意见；1.6受报告并解读报告，按要求修改管道走向及选取支架，向土建、设备专业返回受力及扰度要求；1.7置的三查四定及开车。
2.配管委托条件应包括哪些内容2.1单线图:2.2设备总装图：设备外形图、材质、温度等；2.3调节阀、安全阀数据表：重量、反作用力、压力等级、材质等；2.4其他应力分析过程中需要的资料：如PID流程图、管道表、材料等级表、当地风、地震等数据等等。
3.如何理解应力分析报告3.1节点号：在单线图上感兴趣的点称为节点，通常会在管道端点、支吊点、三通、弯头、大小头、管道属性改变处（如管径、壁厚、保温、温度、压力等）、阀门端面、法兰端面、膨胀节及一些特殊需要而增设等处设置节点号。
钢管的应力分析和变形计算钢管是一种常用的建筑材料，它具有高强度、抗压性能强等特点，在建筑工程中扮演着重要的角色。
而在使用钢管时，钢管所承受的力量会导致钢管产生应力和变形，因此对钢管的应力分析和变形计算是非常重要的。
一、钢管的应力分析钢管所承受的力量主要有压力、弯曲力和剪切力等。
在这些力量的作用下，钢管内部会产生应力。
为了保证钢管的安全工作，需要进行应力分析。
1. 压力的作用当钢管受到垂直于其轴线方向作用的力时，钢管内部会产生等大反向的应力。
假设钢管受到的压力为P，钢管直径为d，钢管壁厚度为t，钢管的应力σ可以按以下公式计算：σ=P/(πd*t)2. 弯曲力的作用当钢管受到弯曲力作用时，钢管的弯曲应力最大。
在这种情况下，可采用莫尔-库伦公式来计算钢管的应力，公式如下：σ=M*y/I其中，M为弯曲力矩，y为点到钢管中心轴线的距离，I为钢管截面惯性矩。
3. 剪切力的作用当钢管受到剪切力作用时，钢管产生剪切变形并产生剪切应力，采用最大剪切应力理论进行计算可得：τ=F/(2A)其中，F为作用于钢管上的剪切力，A为钢管的横截面积。
二、钢管的变形计算钢管受到力量作用时，其会产生变形。
变形计算是为保证钢管在受力的过程中不超过允许变形量所必需的计算。
1. 弹性变形计算钢管在受到作用力时会产生弹性变形。
当钢管的受力时限制在弹性范围内，可采用胡克定律进行弹性变形的计算。
假设当钢管受力后变形量为ΔL，弹性模量为E，作用力为P，则弹性变形量可按照以下公式进行计算：ΔL=PL/(AE)2. 塑性变形计算当钢管受到的力量超出了材料所能承受的弹性极限后，钢管会产生塑性变形。
而塑性变形后的钢管形状难以计算，因此在进行变形计算时通常采用杆件理论进行处理。
杆件理论根据杆件的几何形状、材料和作用力进行杆件弯曲变形和剪切变形的计算，由于钢管直径较小，通常将钢管视为杆件。
在杆件弯曲变形计算中，采用冯·米塞斯的应变能理论和极大应力原理进行计算；在杆件剪切变形计算中，采用科西桥公式进行计算，同时应注意剪应力不应超出材料的剪切强度。
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。
●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。
钢管应力计算范文钢管应力计算是工程力学中的一个重要内容，可根据悬挂物体的重力和管道受力情况，通过应力计算来判断钢管的承重能力、安全性和稳定性。
本文将介绍钢管应力计算的基本原理和具体步骤，并以一个实际工程案例进行说明。
1.钢管应力的基本理论：在弹性力学的基础上，通过对钢管受力的分析，可得出以下几个基本概念：（1）应力（stress）：单位截面上的内力与截面积的比值。
（2）应变（strain）：单位长度的形变与初始长度的比值。
（3）拉伸应力和压缩应力：钢管在受拉或受压时产生的应力。
（4）屈服强度（yield strength）：钢管能承受的最大应力。
根据这些概念，可以得出受拉和受压的应力公式：（1）拉伸应力：σ=F/A（2）压缩应力：σ=-F/A其中，σ为应力，F为受力，A为受力截面的面积。
2.钢管应力计算的具体步骤：（1）确定受力情况：首先需要确定钢管所悬挂物体的重力状况，比如受力的方式是拉伸还是压缩，受力方向和大小等。
（2）计算所需参数：需要测量钢管的几何参数，比如外径、内径、长度和壁厚等。
（3）计算应力：根据公式σ=F/A，计算出钢管所受应力的大小。
（4）判断应力安全性：将计算出的应力与钢管的屈服强度进行比较，判断钢管是否具备足够的承载能力和稳定性。
3.钢管应力计算的实际工程案例：以一座桥梁的主梁为例，主梁由多根钢管组成，连接在桥墩上，承载桥面、车辆和行人等荷载。
假设主梁长度为L，距离桥墩的距离为d，主梁的截面直径为D，壁厚为t。
为了计算钢管的应力，需要进行以下步骤：（1）确定受力情况：主梁由于桥面、车辆和行人等荷载而产生拉伸应力，受力方向为竖直向下。
（2）计算所需参数：测量或查阅主梁的几何参数，比如直径D、壁厚t和距离桥墩的距离d。
（3）计算应力：根据公式σ=F/A，计算出主梁所受应力的大小。
（4）判断应力安全性：将计算出的应力与主梁的屈服强度进行比较，判断主梁是否具备足够的承载能力和稳定性。
管道应力分析和处理摘要：从管道应力产生的原理和处理方法出发，明确的阐述了应力处理的原则。
分步叙述了管道的补偿、管道柔性分析方法的选择、图解简化计算、判断式、计算机分析中的一些技巧和方法。
关键词：应力补偿管道上的应力一般分为一次应力、二次应力和偶然应力。
一次应力是指由管道所受外力荷载。
它满足与外加荷载的平衡关系，且无自限性，当其值超过材料的屈服极限时，管道将产生塑性变形而破坏。
二次应力是由于管道变形受约束所产生的正应力和剪应力。
偶然应力类似于垮塌性荷载，不持续发生，偶尔会作用。
一次应力和偶然应力在确定的管道和管道环境中是不会变化的，这里主要谈谈管道的二次应力。
由定义可知，二次应力是由于管道变形受阻而产生的，它不直接与外力相平衡，而是由管道各部分变形来适应的。
在热胀推力的作用下，管道局部屈服而产生少量塑性变形时，就会使推力不再增加，塑性变形不再发展，即有自限性。
只有塑性变形在多次交变的情况下，才会引起管道的疲劳破坏。
当热力管道启动时，热力由内壁向外壁传递，内外壁管道有温差，管道温度不均匀，而产生温度应力，一般计算中不考虑。
不同材料的管道和管件焊接时，由于膨胀系数和弹性模量不同，当温度升高时，相连处存在热应力,此应力也属二次应力。
在管道中，二次应力一般由热胀、冷缩和端点位移引起。
一、管道的补偿在诸多因素中，温度的变化对管道应力的影响最大，而温度升高，又会降低管道的许用应力，只有当管道在工作状态下的应力小于许用应力，管道才是安全的。
那么我们怎样才能解决管道由于各种环境变化而形变带来的二次应力呢？简单的说就是“膨胀多少，补偿多少”。
管道在热胀或冷紧时不受阻，或在安全应力内受阻是我们补偿的最终目的。
首先我们来明确几个重要参数：右图是一“L”型管道，A、B分别为管道的两个固定点，L1+L2=L是管道的长度，U是两个固定点间的距离，Δ是管道的膨胀量。
这里需要对Δ详细说明一下，它是管道的线性膨胀量和管道位移的矢量加和。
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。
