直埋供熱管道錨固段變徑管受力分析

直埋供熱管道錨固段變徑管受力分析

0補(bǔ)償器保護(hù)和固定墩保護(hù)并重在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，熱管道的直埋安裝不可避免地會(huì)發(fā)生變化，這會(huì)對(duì)熱管道兩側(cè)管道的應(yīng)力和安全產(chǎn)生一定的影響，尤其是熱管道的直埋和直接插入。固定直徑和直徑端的變直徑是直接埋在熱管道上的弱點(diǎn)，容易破裂和泄漏。然而，對(duì)于大直徑的多級(jí)變直徑，這可能會(huì)造成災(zāi)難結(jié)果。根據(jù)規(guī)定，dn50以下直埋熱管道的變形路徑必須安裝補(bǔ)償器或固定碼頭，以保護(hù)大部分變徑管。如果dn50以上的變徑管采用相同的技術(shù)要求，施工過程中可能會(huì)留下很大困難。在分析了兩種變徑管的壓力后，我們獲得了一個(gè)選擇的結(jié)論和基礎(chǔ)，這允許大多數(shù)變徑管不需要采取預(yù)防措施。與補(bǔ)償裝置保護(hù)相比，它可以減少管道故障的源，節(jié)約投資。在需要保護(hù)的情況下，首先推薦固定碼頭，并提出固定碼頭的力學(xué)計(jì)算方法。研究結(jié)果具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。1安定性狀態(tài)下變徑管變形規(guī)律若忽略變徑管兩側(cè)管道的沿途溫降,則處于錨固段的變徑管兩側(cè)管道將處于同一熱應(yīng)力水平,因此變徑管兩側(cè)將承受不同的軸向力作用.升溫時(shí)大管的軸向力通過變徑管傳遞,作用于小管.大管側(cè)局部管段L1″與其它錨固段相比有一定的熱膨脹,小管側(cè)局部管段L2″將額外增加壓縮變形.在安定性狀態(tài)下,變徑管產(chǎn)生有限量的位移.軸向壓力的變化如圖1所示.2直徑測(cè)量頭的軸向力2.1直埋管介質(zhì)鋼管的運(yùn)動(dòng)曲線直埋供熱管道錨固段的軸向力2.2局部壓縮長(zhǎng)度法變徑管小頭受到的軸向力Νa=Νa1-Fmin)L″1+f-C=Νa2-Fmin*L″2.(2)由式(2)可見,處于錨固段的變徑管,大頭的軸向力小于大管的軸向力,而小頭的軸向力大于小管的軸向力,因此小頭和小管連接處將承受較大的應(yīng)力.該截面的軸向力隨局部壓縮長(zhǎng)度線性增大.當(dāng)長(zhǎng)直管線錨固段滿足安定性條件時(shí),該截面未必能滿足強(qiáng)度條件,所以必須對(duì)處于錨固段的變徑管小頭處進(jìn)行應(yīng)力驗(yàn)算.3小管埋深對(duì)變形的影響根據(jù)胡克定律,分別對(duì)變徑管兩側(cè)列力平衡方程式.小頭處Νa-Νa22A2=ε2E=ΔL″2E,(3)大頭處Νa1-Νa+f-C2A1=ε1E=ΔL″1E,(4)變徑管的位移量Δ=L″2(Νa-Νa2)2A2E,(5)或者Δ=L″1(Νa1-Νa+f-C)2A1E.(6)由式(5),(6)可得L″2(Νa-Νa2)A2=L″1(Νa1-Νa+f-C)A1.(7)由式(2),(7)可得1)大管局部膨脹的管段長(zhǎng)度L″1=Νa1-Νa2+f-CFmin*√Fmin)A1Fmin*A2+Fmin),(8)2)小管局部壓縮的管段長(zhǎng)度L″2=Νa1-Νa2+f-CFmin)√Fmin*A1Fmin)A2+Fmin*,(9)由式(2),(5),(9)可得Δ=Fmin?A2E(Νa1-Νa2+f-CFmin)√Fmin*A1Fmin)A2+Fmin*)2.(10)在2.5MPa的設(shè)計(jì)壓力和最大允許溫差下,不同一級(jí)變徑管在不同埋深的位移量如圖2所示.分析式(1)～(10)及圖2可以得出結(jié)論:1)隨壓力的增加,變徑管兩側(cè)的局部變形段增長(zhǎng),變徑管的位移量增加;2)隨埋深的降低,變徑管兩側(cè)的局部變形段增長(zhǎng),變徑管的位移量增加,小管的最大軸向力增大;3)隨變徑級(jí)數(shù)的增加,變徑管兩側(cè)的局部變形段增長(zhǎng),變徑管的位移量增加,小管的最大軸向力增大.4最大允許溫差參數(shù)根據(jù)第三強(qiáng)度理論,在兩向應(yīng)力作用下,相當(dāng)應(yīng)力:σeq=σmax-σmin=σt-σa.式中:σmax,σmin分別為最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力,MPa.由υ=0.3,σt*=ΡnDi?δ2;σt*=-ΝaA2,可得σeq*=σt*-σα*.按照彈塑性分析的強(qiáng)度條件σeq≤3[σ]tj,可得該截面滿足強(qiáng)度要求的最大允許溫差ΔTmax,具體見表1和表2,表3為所用管道的基本數(shù)據(jù).分析表1和表2可以得出結(jié)論:①隨變徑級(jí)數(shù)的增加,允許溫差在減小;②隨內(nèi)壓力的增加,允許溫差在減小;③按小頭和小管連接處確定的允許溫差要小十幾度以上.5無補(bǔ)償直埋段的設(shè)置在緊靠變徑管大頭設(shè)置固定墩,如圖3所示,利用土壤反力抵抗大管的部分軸向力,既起到降低小頭處應(yīng)力的作用又利于分支的引出.固定墩受到的推力按式(12)確定.由力學(xué)平衡可得F=Νa1+f-Νa2-C,(11)由式(1),(11)可得F=αE(t1-t0)(A1-A2)×106-υ(σt)A1-σt*A2)×106+f-C.(12)6變徑管小頭應(yīng)力增國內(nèi)直埋供熱管道的最大管徑已由目前DN500發(fā)展到DN120