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1、一 应力分析的目的：a) 使管道应力在规范的许用范围内；b) 是设备管口载荷符合制造商的要求或公认的标准；c) 计算出作用在管道支吊架上的载荷；d) 解决管道动力学问题；e) 辅助压力管道布置设计的优化。二 一次应力及二次应力：a) 一次应力：由于外加荷载，如压力或重力等的作用产生的应力，其特点是：满足与外加荷载的平衡关系，随外加荷载的增加而增加，且无自限性，当其值超过材料的屈服极限时，管道讲产生塑性变形而破坏。b) 二次应力：管道变形收到约束而产生的应力，它不直接与外力平衡，二次应力的特点是具有自限性，当管道局部屈服和产生小量变形时应力就能降下来。二次应力过大时，将使管道产生疲劳破坏。在管道
2、中，二次应力一般由热胀冷缩和端点位移引起。三 弹性变形和塑性变形a) 弹性变形：构件或物体在外力作用下产生变形，当外力除去后能完全恢复其原有形状，不遗留外力作用过的任何痕迹，这种变形称为弹性变形。b) 塑性变形：构件或物体在外力作用下产生变形，当外力除去后，构件或物体的形状不能复原，即遗留了外力作用下的残余变形，这种变形称为塑性变形。四 蠕变和应力松弛：a) 蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。它与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现。b) 应力松弛：金属在高温和应力作用下，如维持总
3、变形量不变，则随着时间的延长，弹性变形逐渐转变为塑性变形，从而逐渐使应力减小的现象。常见于高温汽轮机汽缸和阀门的法兰紧固螺栓上。五 管道应力分析的主要内容：（静力分析和动力分析）a) 静力分析i. 压力荷载和持续荷载作用下的管道一次应力计算-防止塑性变形破坏。ii. 管道热胀冷缩以及端点附加位移荷载作用下的管道二次应力计算-防止疲劳破坏。iii. 管道对机械、设备作用力的计算-防止作用力太大，保证机械、设备正常运行。iv. 管道支吊架的受力计算-为支吊架设计提供依据。v. 管道上法兰的受力计算-防止法兰泄露。vi. 管系位移计算-防止管道碰撞和支吊架位移过大。b) 动力分析i. 管道自振频率分
4、析-防止管道系统共振；ii. 管道强迫振动响应分析-控制管道振动及应力；iii. 往复压缩机气柱频率分析-防止气柱共振；iv. 往复压缩机压力脉动分析控制压力脉动值；v. 管道地震分析-防止管道地震应力过大。六 应力分析计算需要的文件和资料准备：a) 管道命名表（工艺提供）b) 管道轴测图（管道布置专业提供）c) 管材专业工程设计规定（材料控制专业提供）d) 装置布置图（设备布置专业提供）e) 有关设备总图（设备专业提供）f) 结构模板图，包括钢结构、平台等；g) 建筑物平立剖面图；h) 管道机械专业自身的有关数据准备。七 管道上可能存在的荷载：a) 重力荷载，包括管道自重、保温重、介质重和积
5、雪重等；b) 压力荷载，包括内压力和外压力；c) 位移荷载，包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支撑沉降等；d) 风荷载；e) 地震荷载；f) 瞬变流冲击荷载，如安全阀启跳或阀门快速启闭时的压力脉冲；g) 两相流脉动荷载；h) 压力脉动荷载，如往复压缩机往复运动所产生的压力脉动；i) 机器震动荷载，如回转设备的震动。八 管道元件变形的基本形式：拉伸（伸缩）、剪切、扭转、弯曲。九 管道柔性：反映管道变形难易程度的一个物理概念，表示管道通过自身变形吸收热胀冷缩和其他位移变形的能力。增加管道柔性的方法：a) 改变管道走向；b) 选用补偿器；c) 选用弹性支吊架。十 柔性设计的目的是避免：a) 管道应
6、力过大引起金属疲劳和（或）管道推力过大造成支架破坏；b) 管道连接处产生泄漏；c) 管道推理或力矩过大，使与其连接的设备产生过大的应力或变形，影响设备正常运行。十一 确定支吊架位置的要点：a) 承重架距离应不大于满足管道刚度及挠度要求下的最大间距；b) 在管道垂直段弯头附近，或在垂直段重心以上做承重架，垂直段长时，可在下部增设导向架；c) 在集中载荷大的管道组成件附近设承重架，设在弯头和大直径三同式分支附近；d) 尽量使设备接口的受力条件减小。如支架靠近接口，对接口不会产生较大的热胀弯矩；e) 支架的位置及类型应尽量减小作用力对被生根部件的不良影响；f) 对于需要进行详细应力计算的管道，应根据
7、应力计算结果设计管架；g) 在敏感的设备（泵、压缩机）附近，应设置支架，以防止设备口承受过大的管道荷载；h) 往复式压缩机的吸入或排出管道以及其他有强烈振动的管道，宜单独设置支架，支架生根在地面上，以免将振动传递到建筑物上；i) 除振动管道外，应尽可能利用已有的建筑物、构筑物的梁柱作为支架生根点，且应考虑生根点所能承受的荷载，生根点的构造应满足生根点的要求；j) 管道支吊架应设在不妨碍管道与设备连接和检修的部位，考虑维修方便，使拆卸管段时最好不要做临时支架。十二 管道应力分析的方法 a) 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
8、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。 十三 对管系进行分析计算 a) 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： b) 管道端点；c) 管道约束点、支撑点、给定位移点；d) 管道方向改变点、分支点；e) 管径、壁厚改变点；f) 存在条件变化点（温度、压力变化处） g) 定义边界条件（约束和附加位移） h) 管道材料改变处（包括刚度改变处，如刚性元件） i) 定义节点的荷载条件（保温材料重量、附加力、风载、雪载等） j) 需了解分析结果处(如跨距较长的跨中心点) k) 动力分析需增
9、设点 十四 初步计算（输入数据符合要求即可进行计算） a) 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） b) 弹簧可由程序自动选取 c) 计算结果分析 d) 查看一次应力、二次应力的核算结果 e) 查看冷态、热态位移 f) 查看机器设备受力 g) 查看支吊架受力（垂直荷载、水平荷载） h) 查看弹簧表 十五 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） a) 一次应力超标，缺少支架 b) 二次应力超标，管道柔性不够或三通需加强 c) 冷态位移过大，缺少支架 d) 热态水平位移过大，缺少固定点或型 e) 机器设备受力过大，管道柔性不够 f
10、) 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 g) 支吊点垂直力过大，可考虑采用弹簧支吊架 h) 弹簧荷载、位移范围选择不当，人为进行调整 十六 编制计算书，向相关专业提交分析计算结果 a) 计算书内容 i. 一次应力校核内容 ii. 二次应力校核内容 iii. 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 iv. 各节点的冷态、热态位移 v. 弹簧支吊架和膨胀节的型号等有关信息 vi. 离心泵、压缩机和汽轮机的受力校核结果 vii. 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 b) 向相关专业提交分析计算结果 i. 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 ii. 向设备专业提交设备需确认的设备受力 iii. 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 iv. 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