管道與儲罐強(qiáng)度-4穩(wěn)定性

1、第四章 管道的屈曲分析 屈曲也稱為失穩(wěn)，是指結(jié)構(gòu)喪失了保持其原有平衡形狀的能力。 由于管道的薄壁、細(xì)長的結(jié)構(gòu)特性，在其受力和變形條件稍有惡化時，容易產(chǎn)生屈曲破壞。 與陸上管道相比，海底管道可能更容易發(fā)生屈曲破壞。 管道產(chǎn)生屈曲的原因，通常有外壓作用下的彈性失穩(wěn)、機(jī)械作用或管道本身缺陷造成的局部屈曲、彎曲屈曲和象“壓桿”一樣的縱向屈曲等。屈曲分析的內(nèi)容軸向屈曲上浮屈曲環(huán)向（局部）屈曲屈曲4-1 地下管道的軸向穩(wěn)定性 在嵌固段，管道所受到的最大軸向力為：ATEtpDP2 管道軸向穩(wěn)定性的驗算條件 crnPP n安全系數(shù)，可取n=0.60.75。 臨界載荷 直線管道的撓曲微分方程式02 CyyBPy

2、A土壤的壓縮抗力系數(shù)；系數(shù)；土壤對管道的軸向抗力管道的彎曲剛度；0KKEIu各系數(shù)分別為uuKKDDKCDDKBEIA2211100逆解法：假設(shè)管道失穩(wěn)時的彎曲形狀為xfysinxyf稱為管道的失穩(wěn)波長?？梢郧蟮?失穩(wěn)時，軸向位移與橫向位移相比只是一個二階小數(shù)，可忽略不計。DDEIKDDKPDDKEIucr2111221040DEIKPDKEIcr0402適用于直線管道（或曲率半徑1000D的彎曲管道）。 土壤的壓縮抗力系數(shù)K0土壤性質(zhì)土壤名稱K0,kgf/cm3密度小的土壤中等密度的土壤 泥煤土 流 砂 軟濕土 新填砂 壓實砂 礫 石 濕粘土0.050.10.10.50.10.50.10.5

3、0.55.00.55.00.55.0向上彎曲時式中 0計算曲率半徑，m； q 管道向上位移時的土壤極限阻力，=q0+qcr, N/m； q0 管道所受的向下壓力，N/m； q1 管子本身和管內(nèi)流體重量，N/m； q2 壓重物（如土壤和固定支墩）的重量或錨栓對管道的拉力，N/m; n 土壤的載荷系數(shù)，n=0.81.2； qcr土壤抗管道作向上的橫向位移時的臨界支承力，N/m。0375. 0qPcr土壤的臨界支承力式中 so管頂填土的容重，N/m3； 土壤內(nèi)摩擦角； C土壤粘著力。7 . 0cos7 . 07 . 039. 00200ChtghDhDqsosocr當(dāng)向上彎曲管道的軸向穩(wěn)定性得不到保

4、證時，可采用增加埋深、設(shè)置固定墩或錨固等方法 4-2 海底管線的上?。╱pheaval）屈曲 海底（或地震液化土）覆蓋土層的剛性較小，管子容易因屈曲而產(chǎn)生向上拱的彎曲變形，稱為上浮屈曲。 上浮屈曲產(chǎn)生過量的垂直位移和塑性變形，被認(rèn)為是一種失效情形。 和鐵路鐵軌中的熱脹屈曲相類似。上浮屈曲的形狀4142coscos222222xkLkkLkxPkqy臨界載荷與長度 兩式須聯(lián)立求Pcr。273.80LEIP 2125025. 0598. 1fEIEAfqLIELqPP安全溫升不同覆蓋土層載荷0306090120150020406080100f=0.01f=0.05f=0.1f=0.2f=0.4f=

5、0.6 溫T( )L(m)03060901201500102030405060708090100w=1200N/mw=2400N/mw=3600N/mw=4800N/mw=6000N/mT()L(m)不同摩擦系數(shù)4-3 壓扁 在沖擊載荷的作用下，會產(chǎn)生較大的塑性變形，即被壓扁。 壓扁處的位移壓扁處的位移du322323tPuyd壓扁處的集中力P壁厚t屈服應(yīng)力y壓扁載荷（MN）撓度（mm）壓扁分析的Wierzbicki模式 忽略了環(huán)向彎曲和軸向拉伸的塑性相互作用。 忽略了彈塑性變形的相互作用。 忽略了應(yīng)變硬化。 假定沖擊載荷作用于垂直于管道的平面內(nèi)。塑性鉸壓扁的影響 壓扁深度大于管道直徑5%時，

6、影響清管球的通過； 壓扁處容易在疲勞載荷下產(chǎn)生裂紋； 一般規(guī)定，壓扁深度大于管道直徑的6%時，應(yīng)更換管道；4-4 管道在外壓作用下的穩(wěn)定性 對于外壓作用下的管子，穩(wěn)定性是必須優(yōu)先考慮的因素。 理想圓管的臨界壓力： 當(dāng)管子承受的外壓大于臨界值時，管子將不能保持圓形形狀或完全坍塌。 考慮實際管子不是理想的圓形，并且受環(huán)向和彎曲應(yīng)力的聯(lián)合作用，其臨界壓力值會大大減小。32)1 (2DtEC例： 2736鋼管能承受的極限外壓計算結(jié)果：32)1(2DtEC。彈性模量泊松比壁厚；外徑；極限外壓；式中：)210();3.0(GPaEtDCMPaC90.42736)3.01(1021023234-5 海底管道

7、的屈曲傳播 局部屈曲 屈曲傳播 止屈措施1、局部屈曲 對管子局部屈曲可定義為：管子截面扁平化或翹曲折皺超過規(guī)定的限度。 實際管子存在殘余的橢圓度，而且還可能產(chǎn)生顯著的塑性變形。因此，管道的失穩(wěn)的臨界外壓是材料屈服極限的函數(shù)。 Dtpcr2se32esscrDtp23112se32考慮實際管子不可能是理想的圓形，并且受環(huán)向和彎曲應(yīng)力的聯(lián)合作用，其臨界壓力值會大大減小。 Mcr和pcr分別是管道單獨受彎曲和外壓時的臨界值。1creerppMMcrepptD/30012、屈曲傳播 管道的局部屈曲可以傳播，傳播的速度異常迅速，屈曲傳播的長度有幾百米至上千米。 屈曲傳播壓力和起始壓力。ipppiepp

8、屈曲發(fā)生pepp 屈曲傳播pepp 屈曲傳播停止在海水中的管道屈曲后肯定傳播pipp 管道的屈曲傳播壓力的確定（試驗和理論研究） 傳播壓力只取決于屈服極限和徑厚比。5 . 226Dtpsp215. 1tDtpsp管道的屈曲傳播壓力 在海洋管道工程設(shè)計中，通常計算管子出現(xiàn)局部屈曲的最大臨界外壓，用它的三分之一作為保證管子穩(wěn)定的安全度。對屈曲傳播壓力而言，實際的安全系數(shù)為4.5，即5 . 435 . 1crcrpppp 3、止屈器止屈器 為了防止屈曲和屈曲的傳播，可以采取以下兩種措施： 加大全線管壁厚度：可行，但不經(jīng)濟(jì) 管道局部加厚，或采用止屈器，使屈曲傳播只限于兩止屈器之間。 止屈器的形式a）活動式（套筒式）屈曲限制器；b）厚壁管筒式（或整體式）屈曲限制器；c）焊接固定式屈曲限制器。 本章小結(jié) 幾種常見的屈服形式有：軸向屈曲、上浮屈曲、壓扁、外壓下的屈曲、屈曲傳播等； 陸上管道的屈曲驗算的安全系數(shù)取0.650.75; 在陸地管道的屈曲分析中需要考慮土壤剛度的影響；按考