埋地管道应力分析方法
发布时间：2022-02-14T07:35:01.451Z 来源：《防护工程》2021年28期 作者： 田福明
[导读] 对不同条件下管道应力的有效研究对防震减灾管道的设计具有重要意义有效模拟管道与地面的相互作用，研究上述因素对管道应力的影响，为施工提供相关指导。
福维工程科技有限公司 上海 200235
摘要：由于地下管道的特殊性和调节要求，它们的应力分析与工艺管道有着本质的不同，它们的轴向受到土壤约束，因此，在压力和温度的影响下，产生了更大的轴向应力。管道包括两个方面：通过管道的土壤轴向摩擦和土壤对管道的横向拉力。如果管道有轴向移动的
趋势，第二种情况下，如果管道产生横向位移.目前采用双线性弹簧对地下管道进行应力分析，连续模拟土壤对管道的影响，由于管道长度
的限制，无法连续模拟管道沿线的弹簧.
关键词：埋地管道；应力分析
前言：
与地面施工不同，地下管线惯性作用小，在与地面相互作用过程中，民用物体对管道既有挤压作用，也有相关作用.外部载荷引起的土壤大变形会导致管道断裂，以及土体由于介质压力和温度应力而抑制管道变形。因此，对不同条件下管道应力的有效研究对防震减灾管道
的设计具有重要意义有效模拟管道与地面的相互作用，研究上述因素对管道应力的影响，为施工提供相关指导。
一、概述
管道中存在多种形式的应力，这些应力以多种形式表示。他们的分析取决于具体情况。为了精确地分析匹配，需要对特定问题的分析采取不同的方法。内部力的大小取决于外部负荷，即外部力大，内部力大，管道压力大。如果外部压力增加，内部压力就会增加。这两种
值之间的关系是平衡的，但内部力的极限是物质流动的极限。如果外部负载超过这个值，管道就会变形并因此受损。具体额外负荷包括风
力、地震和水力冲击。二次应力是由热膨胀、冷却和其他管道运动引起的，而二次应力与一次应力之间存在差异，主要是因为二次应力的
自限行，与外部压力不同，当荷载增加时，即使额外的荷载超出了管道流动的极限，荷载也会增加。管道不会受损，管道可以从局部移
管道应力分析主要包括哪些内容，各种分析的目的是什么
管道应力分析主要包括哪些内容，各种分析的目的是什么
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)使装置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静力分析和动力分析,各种分析的目的是:
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)管道对装置作用力的计算
防止作用力太大，保证装置正常执行；
(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、公称直径和所连线的装置型别等设计条件确定。
重力坝应力分析的目的是什么？目前应力分析的方法有哪几种
1. 进行应力分析的目的是
2. 1)使管道应力在规范的许用范围内；
3. 2)使装置管口载荷符合制造商的要求或公认的标准；
4. 3)计算出作用在管道支吊架上的荷载；
5. 4)解决管道动力学问题；
6. 5)帮助配管优化设计。
7. 2.管道应力分析主要包括静力分析和动力分析,各种分析的目的是:
8. 1)静力分析包括：
9. (l)压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算
10. 防止塑性变形破坏；
11. (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
压力管道应力分析的内容及特点
关键词：压力管道；应力分析；内容特点
引言：
如今工业中对于压力管道的需求量在不断增加，并且如今大量的工业运输以及承载都需要用到工业管道来作为支撑。这类管道的应用同样能够为整体工业作业提供重要的保障和保护，同时还能够提升整体工程的有效性和安全性。但是压力管道想要良好进行工作就必须对其进行外界温度、压力以及湿度等一系列因素的考验，只有通过这些考验以及能够承受住足够压力的管道才能够投入到实际使用中。
一、管道应力分析
（一）一次应力
在管道应力进行分析的过程中，一次应力通常指的是一些外界因素所带来的负荷以及负载，其中包括了管道所承受的重力、内压以及风载等一系列因素产生的剪应力以及正应力。这两种应力通常会因为其自身的特点以及特性导致了容易与外加负载形成平衡关系，但是达成了平衡关系之后外加应力并不会取消或者停止，反而还会继续增加，若是外加应力逐渐增加并且达到了一个很大的值之后就会超过材料自身所拥有的屈服极限，管道就容易受到影响从而造成了破坏，管道总体也就随之出现了破坏。相关工作人员应当能够对一次应力进行良好的控制，在进行管道设计时就应当提前给应力留出足够的预留空间，通过这样的方式来帮助整体管道不会出现过度塑性而造成的破坏或者失效。同时，一次应力的校核也应当结合具体的弹性分析以及极限分析等一系列要求进行处理，通过处理之后才能够准确地对一次应力进行计算，从而将其进行控制。如图1所示。
图1一次应力受力变形曲线
（二）二次应力
二次应力相比较于一次应力来说会更加直接，这类应力通常都是来自于对应的热胀冷缩或者其他位移受到约束而造成的剪应力和正应力，其自身具备一个无法和外力之间构成平衡关系的特点，因此其自身也就具备了非常明显的自限性特征[1]。基本来说材料自身会因为材料以及质量从而具备对应的屈服值，若是二次应力导致了管道的荷载超过了这种屈服极限值之后就容易对管道局部造成变形一类的影响。这时候相关人员应当对应力重新进行分布和规划，让材料应变能够达到自均衡的要求。
今天借这个机会和大家共同学习和探讨一下管道柔性分析与应力计算以及应力计算软件CAESARⅡ。
我们作为管道工程师，配管是我们的主要工作，占据了我们大部分工作时间。一般情况下，管道工程师在配管完成后，应将临界管系提给管道机械工程师进行管道柔性分析与应力计算，通常也简称为应力分析。我们在配管完成后，为什么要进行管道应力分析呢？
主要有以下几个原因：
第一个原因是为了使管道应力在规范的许用范围内，保证所设计的管系及其连接部分的安全性。
第二个原因是为了使管口荷载符合标准规范的要求。
第三个原因是为了计算支撑和约束的设计荷载。
第四个原因是为了计算管道位移，从而选择合适的管架。
第五个原因是为了解决管道动力学问题，比如说：机械振动，声频振动，流体锤，压力脉动，安全阀的排放等等。
最后一个原因是为了帮助配管优化设计。
这些原因呢也构成了管机工程师需要完成的工作任务，对这些内容呢后面我们会作进一步学习。
今天我们学习的内容包括以下五个部分:
1. 管道应力分析的相关理论和基础知识。我们简单的学习一下与管道应力分析相关的一些理论和基础知识。
2. 管道应力分析的理解和工作任务。
3. 实际工作中的管道应力分析的工作过程。 4. 管道的柔性设计。
5. CAESARⅡ管道应力计算程序。
我们首先一起学习一下应力分析的理论基础
一 管道应力分析的相关理论和基础知识。
应力分析的相关理论和基础知识涉及的内容是非常广泛的，象是材料力学，结构力学，有限元，弹塑性力学等等。今天我们只学习和它关系最为密切的一些内容。如果有兴趣的话，大家可以在以后时间里进一步学习其他相关知识。
我们学习的第一点是强度理论
在管系上的任一受力点，往往受到多方向应力的作用，例如：轴向应力，环向应力，剪切应力的作用。这些应力会对管道材料的力学性能产生影响，严重时将使管道材料失效或产生破坏。这种影响程度通常用“当量应力强度”来衡量，而定量求解应力强度则要依据相应的强度理论。
