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    钢管混凝土柱新型节点的有限

    2019-05-09   来源:   点击数:0次 选择视力保护色: 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色)   合适字体大小:
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     中国钢管信息港调查队获悉:当分析的管道连接到两个或多个设备时,其中的一个或多个设备正在操作而其它设备关闭,应力分析时应分别计算每根支管的温度并分别进行考虑。
      
      最常见的情况是备用泵,根据意大利Snampro-getti工程公司的应力分析工程规定,当在止逆阀/切断阀组件上装有旁路时,则取操作管道温度的70P作为备用管道的计算温度。如果没有安装上述旁路,备用管道的计算温度应按如下规定选取见):1Q对于保温管道,取操作管道温度的50P作为TC长度管道的计算温度;1开发应用情况1993年原化工部配管中心站即现在的全国化工工艺配管设计技术中心站组织各设计院统一购买了美国COADE公司的CAESAR管道应力分析软件,在工程项目的管道设计中得到广泛应用。目前国内化工、石化等行业中均采用该软件进行管道应力分析,是国内各行业进行管道应力分析的首选软件。国内各大设计院在该软件的开发应用方面都做了一些工作,从各设计院开发应用的情况来看,目前应用较多的还是管道静态应力分析和设备管口载荷校核两部分。下面就本人在该软件的开发应用方面所做的工作谈一些体会。
      
      要用好一个应力分析软件,首先必须从理论上弄懂它的力学原理和数学方法。CAESAR管道应力分析软件的理论基础是材料力学、结构力学、弹塑性力学、有限元、管道应力分析与计算等。因此最好能对这些理论课程有一个基本了解。
      
      软件中进行管道应力验算采用的美国标准为:ANSI/ASMEB31.1、B31.3等;进行设备管口载荷校核采用的美国标准:ANSI/API -297.因此对于这些美国标准中的有关内容也要有所了解。
      
      目前CAESAR软件共有三本技术资料:内容都进行仔细阅读、理解。本人通过不断地琢磨、摸索,并结合工程应用进行开发。目前,该软件的管道静态应力分析及设备管口载荷校核部分已完全开发应用于实际工程项目。管道静态应力分析做到最2对于不保温管道,取操作温度的25'作为TC长度管道的计算温度;3取环境温度作为从泵或其它设备)到止逆阀间管段的计算温度。
      
      对于蒸汽伴热泵的进出口管线,应力分析校核一般是按两台泵同时操作考虑,这主要是考虑到当管线处于备用状态时而蒸汽伴热仍在进行。
      
      中国钢管信息港调查队获悉:下面列举的两个实例,NCU02管系三通阀以上的管道带夹套,三通阀以下的管道有蒸汽伴热,所以按两台泵同时操作考虑。NCU09管系是互为备用的两台泵的出口管系,且没有蒸汽伴热,因此必须按上面所说的方法分别考虑每段支管的计算温度。若考虑泵口的端点附加位移,老的CAESAR 113.19版因只能填一个工况下的端点附加位移,必须按两个题目计算,CAESAR3.24以后的版本可以按一个题目来计算。若将泵体看做刚性件与管系同时考虑,避免输入端点附加位移,则都可按一个题目计算。
      
      2.2带曲管压力平衡型膨胀节管道的应力分析本人在南化大化肥工程尿素装置中用到两个直径较大的曲管压力平衡型膨胀节,CAESAR中没有推荐的曲管压力平衡型膨胀节的模型,本人在CAESAR中推荐的大拉杆横向型膨胀节模型的基础上进行修改,把平衡端做进去,并按实际尺寸修改。这样可以加快膨胀节的建模速度,并且膨胀节的重量与实际情况相符,对管系上的弹簧支吊架的正确选型很有利。*⑶03和*⑶04就是这两个带曲管压力平衡型膨胀节管系的模型。在这两个管系中,程序选择的弹簧操作载荷不能足以消除设备管口载荷以满足制造商的许用值,本人强加一个较高的操作载荷,覆盖程序计算值以调整重力分布并使设备管口载荷满足许用值。在这种情况下用户的输入通常是程序的弹簧选型法则提议的初始值的一个变化。在调整操作载荷前,一个更好的做法是,用户确定是否在约束重力阶段释放有问题的管口。但对于在距离被释放管口的水平方向三倍管径内没有弹簧架的管系要保守地应用这个技巧。同时还建议当在固定点/约束点释放比Y方向力多的力时应小心,因为释放附加的自由度可能造成大斜度及垂直位移,使得弹簧的设计载荷不真实。
      
      2.3夹套管的应力分析根据意大利Snamprogetti工程公司的应力分析工程规定,夹套管的应力分析按以下原则考虑。对于夹套管,可能有两种不同的操作条件:12内管温度高于外部夹套管温度;2)内管温度低于外部夹套管温度;对于12情况,应力分析时应取工艺流体温度作为内管的计算温度,夹套流体温度通常为蒸汽)作为外部夹套管的计算温度;对于2)情况,应力分析时应分别考虑下面两种不同的操作条件:正常操作条件下,取工艺流体温度和夹套流体温度的平均值作为内管的计算温度,夹套流体温度作为外部夹套管的计算温度;停车情况下,统一取夹套流体温度作为内外管的计算温度。
      
      同时,夹套管的应力分析还应包括由于内外管之间的单位热膨胀量差而产生的轴向应力校核。如果管道总的应力高于ASME规范所规定的许用应力,应考虑在外部夹套上加膨胀节。
      
      内管和夹套管之间的定位块靠近弯头的距离对内、外管之间的受力分配影响很大,往往可以通过调整这个距离来调整内、外管中的应力,因此这个距离的大小必须要由应力分析工程师来决定。7CU06管系是本人计算的南化大化肥工程尿素装置中进出造粒塔的夹套管线,每个弯头处定位块的距离都进行了适当的调整。
      
      2.4直联设备弹簧支座的选型NCD18是一台换热器和一台容器直联,由于联接点位置较低,从联接点到容器支承点之间已没有足够的空间来做生根于设备上的支架,换热器不能直接在容器上生根,而必须从框架上生根做支架。由于两台设备的热膨胀不一致,换热器必须用弹簧支座支承。为了精确选择弹簧,必须对这两台设备进行精确模拟。换热器支座设在壳体上,而壳体上装有膨胀节,因此壳体和换热管之间还有相对位移。由于管板、壳体、换热管束三者之间主要是轴向受力关系,本人按力学效果相当的原理将管板模拟成刚体,换热管束用一个金属截面积和它相等的大管子来模拟,这样就相当于一个夹套管,折流板相当于内外管之间的导向架。由于两设备间直联的法兰较重,因此换热器支座承受的是偏心载荷,四个弹簧支座承受的载荷并不一致,为了精确选定每个弹簧,本人按照CAESAR用户手册推荐方法,从设备中心线做出四个刚体,使每个弹簧支承在它实际支承的位置上,这样选出的弹簧比较符合实际情况。
      
      2.5硫酸装置的管道应力分析硫酸装置大多为单层无框架结构,做管道支架的条件较差,均需从地面生根。膨胀节设置的位置和选型,要充分考虑管系的支承问题,尽量从膨胀节的结构型式上解决管系的支承问题。原则上不应因设置膨胀节而增设单独从地面生根的管架特别是标高较高的管架),以免影响操作维修和装置的外观。
      
      另外,工艺介质的压力虽然很低最大0.036MPa),但由于管道直径很大最大DN2200)膨胀节的内压推力将达到十几吨,这样大的盲板力不容忽视,因此不能随意选用无约束型的膨胀节。若选用大拉杆横向型膨胀节,由于管道直径很大,膨胀节的整体尺寸将做得很大,给膨胀节运输和安装带来一定的困难,业主一般也不愿意在制造厂整体订货,一般都是散件在现场组装。由于施工单位没有膨胀节的组装经验,大多组装得不对,达不到设计要求,使膨胀节不能正常工作,而且发现在现场组装过程中,对波纹管的损伤很大,降低了膨胀节的疲劳寿命。综合各方面的因素来考虑,硫酸装置的管道选用铰链型膨胀节最为经济合理。由于SO、S3气体管道在停车时有结露的可能,存在露点腐蚀的可能,因此目前硫酸装置中大多参照国外工程公司的做法,采用厚壁3mm)、大波波高157mm)型膨胀节。
      
      中国钢管信息港调查队获悉:计算表明:在轴压下,组合结构环板的径向应力~在-39~158MPa之间;环向应力<70在-42~77MPa之间,均比状况I有所增大。在环板的凹角处有应力集中现象,  与状况I相同,同样给出环板螺栓孔边应力,见,9,环板特殊节点处的应力见表1,可以看出,轴压作用使环板的应力有所增大,但增大的幅度并不大。
      
      计算表明:状况时钢管的应力也不大,径向应力~不超过158MPa,环向应力(Te不超过43MPa,和轴向应力不超过-42MPa,且钢管大部分区域的(、  含:图例约束和加载模拟试验情况,钢管混凝土柱底部各节点的6个自由度全部约,考虑到结构和荷载的对称性,选择1/4部分建模,整个组合结构的坐标原点定在核心混凝上的中心,XZ面所有节点F向位移约束,YZ面所有节点X向位移约束;钢管混凝土柱顶部总轴力1 500kN,与试验加载情况相同,钢筋混凝土梁端按每级10kN分级加在梁端上部表面节点上,一直加到80kN. 0为分级荷载P=60kN时,径向应变主应变e,的状况,由于此时,节点区外的混凝土已开裂,但节点区的钢结构仍完好,从计算得出的状态图也可看出,符合试验得出的新型柱节点“强柱弱梁,节点更强”的结论。
      
      0户=601时、的状况计算和试验141得出的P-A曲线差别不大。尤其是在加载到60kN以前,曲线的斜率相差很小,60kN以后,混凝土开裂,结构的塑性变形明显增大。具体结果比较见1. 4结论有限元计算结果与试验结果是符合的,表明所建计算模型可以用T节点性能分析。
      
      新型节点的钢环板、腹板、钢管及钢管内外的混凝土共同组成了一个强度和刚度都很大的节点核心区,(下转第13页)屈本宁,何天淳。稳定型悬索桥与普通悬索桥固有振动对比研究。
      
      多自由度非线性动力方程求解新方法。昆明理工大学学报,1994,19(6):64~71.陈仁福。大跨悬索桥理论钟善桐。钢管混凝土结构。哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1995。北京:中国建筑工业出版社,1992.钢管混凝土结构设计与施工规程。北京:中国计划出版社,1992.骆韦。高层建筑钢管混凝土柱新型节点的试验研究及有限元分析美国ANSYS公司北京办事处。ANSYS建模与分网指南Mj.中国钢管信息港调查队获悉
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