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1、第十四章 供热管道的应力计算,14-1 概述,供热管道应力计算的任务是计算供热管道由内压力、外部荷载和 热胀冷缩引起的力、力矩和应力，从而确定管道的结构尺寸，采取 适当的补偿措施，保证设计的供热管道安全可靠并尽可能经济合理。,进行应力计算时，主要考虑下列荷载所引起的应力：,1.由于管道内的流体压力（简称为内压力）作用所产生的应力。,2.由于外载负荷作用在管道上所产生的应力。外载负荷主要是管道 自重（管子、流体和保温结构的重量）和风雪载荷（对室外管道）。,3.由于供热管道热胀冷缩所产生的应力。,14-1 概述,根据危害程 度的不同分,一次应力,二次应力,峰值应力,管道应力计算的主要项目,1.选定
2、或校核钢管壁厚；,2.确定活动支座的最大允许间距。,3.分析固定支座受力情况，计算其受力大小；,4.计算供热管道的热伸长量，确定补偿器 的结构尺寸及其弹性力等。,14-2 管壁厚度及活动支座间距的确定,一、管壁厚度的确定,供热管道的内压力为一次压力。承受内压力的理论计算壁厚， 应按下式计算：,式中,管子理论计算壁厚，mm；,计算压力，MPa；,管子外径，mm,钢材在计算温度下的基本许用压力，MPa；,纵向焊缝减弱系数。,14-2 管壁厚度及活动支座间距的确定,管子的计算壁厚和取用壁厚，应按如下方法确定：,式中,管子的计算壁厚，mm；,管子壁厚附加值，mm。,在任何情况下，计算采用的管子壁厚附加
3、值C不得小于0.5mm。,根据钢管规格选用壁厚，取用壁厚S值，应不小于管子计算壁厚。,如已知管壁厚度，进行应力验算时，由内压力产生的折算应力， 不得大于钢材在计算温度下的基本许用压力。,14-2 管壁厚度及活动支座间距的确定,内压折算应力，按下式计算：,式中,管子外径，mm。,验算时的管子壁厚附加值。,二、活动支座间距的确定,在确保安全运行前提下，应尽可能扩大活动支座的间距，以节约供热 管线的投资费用。,活动支座的最大间距（允许间距），通常按强度条件和刚度条件来定。,14-2 管壁厚度及活动支座间距的确定,（一）按强度条件确定活动支座的允许间距,供热管道支撑在活动支座上，管道断面承受由内压和持
4、续外载产生的 一次应力。其二者之和同样应不得大于钢材在计算温度下的基本许用应力值。,支撑在多个活动支座上的管道，可视为多跨梁。根据材料力学中均匀载 荷的多跨梁，其弯矩如图14-1所示。最大弯矩出现在活动支座处。根据分析， 均匀荷载所产生的弯矩应力，比由于内压和持续外载所产生的轴向应力大的多。,14-2 管壁厚度及活动支座间距的确定,在活动支座处，得：,因而,考虑供热管道得塑性条件，供热管道活动支座的允许间距可按下式计算：,供热管道活动支座的允许间距，m；,管材的许用外载综合应力，MPa； 按附录14-3确定；,管子断面抗弯矩，cm2,管子横向焊缝系数，见表14-2；,外载负荷作用下的管子单位长
5、度的 计算重量，N/m。,式中,14-2 管壁厚度及活动支座间距的确定,对于地下敷设和室内的供热管道，外载荷重是管道的重量（对蒸汽 管包括管子荷保温结构的重量，对水管还要加上水的重量）。对于室外 架空敷设的供热管道，q值还应该考虑风载荷的影响。,（二）按刚度条件确定活动支座的允许间距,管道在一定的跨距下总有一定的挠度。根据对挠度的限制而确定活动 支座的允许间距，称为按刚度条件确定的支座允许间距。,对具有一定坡度i的管道，如要求管道挠曲时不出现反坡，以防止最低点处 出现积水排不出或避免在蒸汽管道启动时产生水击，就要保证管道挠曲后产生 的最大角应变不大于管道的坡度（见图14-2管线1所示）,根据材
6、料力学中受均匀载荷的连续梁的角应变方程，可得出结论：如管道中 间最大挠度等于或小于0.25iL值则管道不会出现反坡，即满足如下方程式：,14-2 管壁厚度及活动支座间距的确定,同样，考虑供热管道塑性条件，不允许有反坡的供热管道活动支座间的 最大允许间距可按下式确定：,式中,管道的坡度；,管道断面惯性矩，m4（见附录14-3）；,管道材料的弹性模量，N/m2。,外载负荷作用下管子的单位长度的计算重量， N/m。,14-2 管壁厚度及活动支座间距的确定,对热水管道存在反坡也不会影响运行。因此，也可采用控制管道的最 大允许挠度的方法，来加大活动支座的允许间距。管道的最大允许挠度应 控制在（0.020.1）DN以内，此时可用下列方程组确定：,活动支座的允许间距，m；,管道活动支座到管子最大挠曲面的距离，m。,管子的刚度， ；,单位管长的计算重量，,最大允许挠度，,管子坡度。,根据以上两式子，用试算法求解，直到 为止。,