供热管道的应力计算

供热管道应力验算1 一般规定1.1 管道的应力验算应采用应力分类法，并应符合下列规定：1 一次应力的当量应力不应大于钢材的许用应力；2 一次应力和二次应力的当量应力变化范围不应大于3倍钢材的许用应力；3 局部应力集中部位的一次应力、二次应力和峰值应力的当量应力变化幅度不应大于3倍钢材的许用应力。

1.2 进行管道应力计算时，计算参数应按下列规定取值：1 计算压力应取管道设计压力；2 工作循环最高温度应取供热管网设计供水温度；3 工作循环最低温度，对于全年运行的管道应取30℃，对于只在采暖期运行的管道应取10℃；4 计算安装温度应取安装时的最低温度；5 计算应力变化范围范围时，计算温差应采用工作循环最高温度与工作循环最低温度之差；6 计算轴向力时，计算温差应采用工作循环最高温度与计算安装温度之差。

1.3 保温管与土壤之间的单位长度摩擦力应按下式计算：⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯-+⨯⨯+=g D G D K F ρπσπμ2c v c 0421 （5.1.3-1）ϕsin 10-=K （5.1.3-2）式中：F ——单位长度摩擦力（N/m ）；μ——摩擦系数；c D ——外护管外径（m ）；v σ——管道中心线处土壤应力（Pa ）；G ——包括介质在内的保温管单位长度自重（N/m ）； ρ——土壤密度（kg/m 3），可取1800 kg/m 3； g ——重力加速度（m/s 2）； 0K ——土壤静压力系数；ϕ——回填土内摩擦角（°），砂土可取30°。

1.4 土壤应力应按下列公式计算：1 当管道中心线位于地下水位以上时的土壤应力：H g ⨯⨯=ρσv （5.1.4-1）式中：v σ——管道中心线处土壤应力（Pa ）ρ——土壤密度（kg/m 3），可取1800 kg/m 3； g ——重力加速度（m/s 2）；H ——管道中心线覆土深度（m ）； 2 当管道中心线位于地下水位以下时的土壤应力：()w sw w v H H g H g -⨯+⨯⨯=ρρσ （5.1.4-2）式中：sw ρ——地下水位线以下的土壤有效密度（kg/m 3），可取1000 kg/m 3；w H ——地下水位线深度（m ）。

供热管道穿跨越城区景观河设计与应力验算李宏俊;郑萌;李响;郑炳健【摘要】在某供热工程中,供热管道(供回水管道规格为DN 1 200 mm)沿城区主干路机动车道敷设,沿途多处需穿跨越城区景观河.针对供热管道穿跨越河面宽度为25 m景观河(过河桥采用暗桥方式),对设计方案进行筛选,对供热管道进行应力验算与位移计算.在比较3种穿跨越设计方案(河底开挖直埋穿越、河底非开挖顶管穿越、河面架空跨越)的施工难度、工程造价、对城区景观影响的基础上,最终选取河底开挖直埋穿越设计方案.在穿越景观河时,供热管道倾斜向下至景观河暗桥以外区域进行直埋敷设(埋深要求为稳定河床下1 m).采用START Prof软件对供热管道进行应力验算与位移计算.各节点均满足应力验算要求.供热管道倾斜向下位置的弯头位移较大,为防止运行时保温层出现挤压变形而失去保温作用,可在弯头出现位移一侧设置柔性泡沫垫,吸收部分位移.【期刊名称】《煤气与热力》【年(卷),期】2018(038)005【总页数】5页(P6-10)【关键词】供热管道;城区景观河;穿跨越;应力验算;位移【作者】李宏俊;郑萌;李响;郑炳健【作者单位】中国市政工程华北设计研究总院有限公司第六设计研究院,天津300381;中国市政工程华北设计研究总院有限公司第六设计研究院,天津300381;天津市华安消防工程有限公司,天津300182;中国市政工程华北设计研究总院有限公司第六设计研究院,天津300381【正文语种】中文【中图分类】TU995.3在洛阳市某供热工程中，供热管道(供回水管道规格为DN 1 200 mm)沿城区主干路自西向东敷设，按规划要求布置在机动车道下，沿途存在多处与道路垂直交叉的景观河(指在城市、社区、公园等地区为了增加整体美观、创造悠闲和谐的人文景观而专门设计的人工河道)，供热管道穿越景观河成为重要的设计内容。

本文结合供热管道穿越河面宽度为25 m景观河(过河桥采用暗桥方式)的工程，对供热管道穿越城区景观河的设计方案进行筛选，对供热管道进行应力验算与位移计算。

直埋热水管道应力分析【摘要】：本文笔者根据多年实际工作经验，结合具体工作业绩，对直埋管道应力进行系统规范性分析，特别是大管径，高温度，高压力城镇一次直埋热水管网应力进行简要阐述，仅供业内同仁参考。

【关键词】：直埋热水供热管网；大管径；高温度；高压力；应力分析一、直埋管道应力概述及分类热力管道的应力，主要是由于管道承受内压力和外部荷载以及热胀或冷缩等多种原因引起的，管道在这些荷载作用下的应力状态是复杂的，直埋热水供热管道的安全性主要取决于管道的应力的大小。

由于管道的敷设条件及运行状态共同决定了荷载的大小，所以在直埋热水热力管道设计中需要清楚的根据各项外部条件及内部条件共同对应力进行分析计算。

按照应力分类，管道承受内压和持续外载（包括自重和支吊架反力等）作用下产生的应力，属于一次应力。

一次应力是非自限性的，超过一定限度，将使管道整体变形直至破坏。

因此，必须为不发生材料屈服而留有适当的富裕度，以防止过度的塑形变形而导致管道破坏，其验算采用弹性分析或极限分析。

管道由于热胀、冷缩等变形受约束而产生的应力（即热胀当量应力或称热胀应力范围，属于二次应力）它的特征是有自限性，二次应力产生的破坏，是在反复交变应力作用下引起的疲劳破坏。

对于二次应力的限定，是采用许用应力范围和控制一定的交变循环次数，对于采用塑性良好的热水热力管道，当材料超过屈服极限时，产生小量的塑性变形，变形协调得到满足，变形就不会再继续发展，二次应力的验算采用安定性分析。

峰值应力是指管道或者附件（如三通等）由于局部结构不连续或局部热应力集中。

特点是不引起显著的变形，但导致疲劳裂纹或脆性破坏，应力验算应采用疲劳分析的方法。

计算时对出现峰值应力的三通、弯头等应力集中处采用简化公式计入应力增大系数，用满足疲劳次数的许用应力范围进行验算，在稳定的运行工况下，峰值应力对管道的破坏带来的影响很大，这个需要重点预防。

需要重点说的是土壤对直埋热水管道的应力影响。

热力管道受力计算与应力验算1一般规定1．1直埋敷设预制保温管道的应力验算采用应力分类法。

1．2本章适用于整体式预制保温直埋热水管道；同时，钢制内管材质应具有明显的屈服极限。

1．3直埋敷设预制保温管道在进行受力计算与应力验算时，供热介质参数和安装温度应符合下列规定：1热水管网供、回水管道的计算压力应采用循环水泵最高出口压力加上循环水泵与管道最低点地形高差产生的静水压力。

2管道工作循环最高温度，应采用室外采暖计算温度下的热网计算供水温度；管道工作循环最低温度，对于全年运行的管网应采用30℃，对于只在采暖期运行的管网应采用10℃。

3计算安装温度取安装时当地的最低温度。

1．4单位长度直埋敷设预制保温管的外壳与土壤之间的摩擦力，应按下式计算：cc D D H F ⋅+=)2/(πρμ(1．4)式中F ——轴线方向每米管道的摩擦力(N ／m)； H ——管顶覆土深度(m)；当H>1．5m 时，H 取1．5m 。

1．5保温管外壳与土壤之间的摩擦系数，应根据外壳材质和回填料的不同分别确定。

对于高密度聚乙烯或玻璃钢的保温外壳与土壤间的摩擦系数，可按表1．5采用。

1．6管道径向位移时，土壤横向压缩反力系数C 宜根据当地土壤情况实测或按经验确定。

管道水平位移时，C 值宜取1×106～10×106N ／m 。

；对于粉质粘土、砂质粉土回填密实度为90％～95％时，C 值可取3×106～4×106N ／m3。

管道竖向向下位移时，C 值变化范围为5×106～100×106N ／m3。

1．7直埋供热管道钢材的基本许用应力，应根据钢材有关特性，取下列两式中的较小值：[σ]=σb/3(1．7—1) [σ]=σb/1.5(1．7—2)常用钢材的基本许用应力[σ]、弹性模量E 和线膨胀系数a 值应符合本规程附录B 的规定。

1．8直埋预制保温管的应力验算，应符合下列规定：l 管道在内压、持续外载作用下的一次应力的当量应力，不应大于钢材在计算温度下的基本许用应力[σ]。

直埋供热管道敷设的应力计算与设计郭震环【摘要】结合国内外最新研究成果,介绍了大口径、高温、高压直埋供热管道的应力分析和应力计算方法,并探讨了直埋供热管道的失效方式,以提高大口径直埋供热管道设计水平,确保管道工程的安全性和可靠性.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2014(040)007【总页数】2页(P141-142)【关键词】供热管道;直埋管道;应力计算;管道失效【作者】郭震环【作者单位】太原市热力公司,山西太原030012【正文语种】中文【中图分类】TU8330 引言随着城市集中供热规模的不断扩大，供热直埋管道管径已发展到DN1 400。

然而现行《城镇直埋供热管道工程设计技术规程》限定在DN500及其以下［1］。

为使相关技术人员增加对大口径直埋管道相关技术的认识，提高设计水平、增加大口径供热直埋管道工程设计的安全性和可靠性，节约工程投资［2，3］。

文中介绍了大口径、高温、高压供热直埋管道应力分析和应力计算方法及管道失效方式，为供热直埋供热管道的设计、施工和管理提供了依据。

1 直埋供热管道的应力分析1.1 应力计算EN 13941中在进行单长摩擦力计算时，考虑管道自重引起的管道与土壤之间的摩擦力，其计算如下［3］:其中，F为轴线方向每1 m管道的摩擦力，N/m;μ为外管壳与土壤的摩擦系数;ρ为土壤密度，一般砂土取1 800 kg/m3;g为重力加速度，m/s2;h为管顶覆土深度，m;Dw为预制保温管外壳的外径，m;G为每1 m预制保温管的满水重量，N/m。

直埋保温管钢管管径为1 000，预制保温管外壳直径1 155 mm，管顶平均埋深1.2 m，最小摩擦系数0.2。

最小单位长度摩擦力为25 487 N/m。

1.2 应力校核由于直埋管道的一次加二次应力的当量应力最大值是出现在锚固段管道，应力验算主要对象是锚固段，因此该段内管道的参数应满足下列公式［2，3］:则认为管道的参数的选取是合适的。

哈尔滨Ｊ下程大学硕士学位论文
口＝１．２ｘ１０～ｍ／ｍ－℃，供水温度疋＝１３０℃，回水温度瓦＝８０℃，管道安装温度瓦＝５℃，管内介质工作压力Ｐ＝１．６ＭＰａ．外径见＝７２０ｍｍ，内径见＝７００ｍｍ。

１．管道内压应力
分析管道内压力产生的应力时，假设管道的内压作用在管道内没有压力损失，即管道内的内压力作用是定值。

数值分析时的模型可以简化为平面圆环的应力分析问题。

又因为管道是轴对称的，为了方便分析不同管径的内压应力可以取管道的１／４作为几何模型（见图２．６），单元模型采用结构实体单元ｐｌａｎｅ４２，网格为Ｑｕａｄ４ｎｏｄｅ。

图２－６管道的几何模型图
ＡＮＳＹＳ分析命令流如下：
，ＰＲＥＰ７
ＥＴ，ｌ，ＰＩ，ＡＮＥ４２
ｈｄｍＭＰ，１．０
ＭＰＤＡＴＡ，ＥＸ，ｌ，，２ｅ１１
ＭＰＤＡＴＡ，ＰＲＸＹ，ｌ一０３
ＣＹＬ４，０，０，０．３５，０，０．３６，９０
图２－７内压应力等效变形图
图２－８内压应力等效应力图
应力分析结果：见图２．７内压应力等效变形图，图２．８内压应力等效应
图２－９径向应力分布图
图２－１１周向应力分布图。

弧形隧道内架空供热管道应力分析计算陈霞;苏湛航;安捷;许国春;陈泓【摘要】结合工程实例,对弧形隧道内架空供热管道进行应力分析计算.对于山体内隧道的弧形管段,由于隧道内空间受限,可采取将部分滑动支架改为加强型导向支架的优化措施.在空间允许的山谷间隧道内,应充分利用方形、L形自然补偿方式,实现弧形管段的热位移补偿.【期刊名称】《煤气与热力》【年(卷),期】2017(037)007【总页数】5页(P6-10)【关键词】弧形隧道;架空敷设;应力分析【作者】陈霞;苏湛航;安捷;许国春;陈泓【作者单位】中国市政工程华北设计研究总院有限公司第一设计研究院,天津300381;中国市政工程华北设计研究总院有限公司第一设计研究院,天津300381;中国市政工程华北设计研究总院有限公司第一设计研究院,天津300381;中国市政工程华北设计研究总院有限公司第一设计研究院,天津300381;中国市政工程华北设计研究总院有限公司第一设计研究院,天津300381【正文语种】中文【中图分类】TU995.31 项目概况随着城市建设的飞速发展以及节能减排的要求，充分利用城镇周边热电厂(甚至利用相邻城镇周边热电厂)实现长输供热，是缓解大型城镇热源紧张和环保压力的有效措施之一。

某长输供热工程，为使总体路由平直，供热管道部分采取隧道敷设。

隧道主体由1～3号隧道及3号隧道延长段构成，总长度约15 km。

其中1号隧道长约1.4 km，2号隧道长约2.4 km，3号隧道长约11 km，3条隧道均为穿山隧道，位于山体内部。

3号隧道延长段长度为360 m，为山谷间隧道。

隧道路由大部分长直，但在局部区域为弧形隧道，存在弧形管段。

本工程共存在7个弧形管段，其中1～6弧形管段所在隧道均在山体内部，弧形管段7所在隧道为山谷间隧道。

供热管道平面布置见图1。

图1 供热管道平面布置1～7.弧形管段设计两套供回水管道，隧道内架空供热管道典型断面布置见图2，图中数值单位为m。