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    鋼管混凝土柱新型節點的有限

    2019-05-09   來源:   點擊數:0次 選擇視力保護色: 杏仁黃 秋葉褐 胭脂紅 芥末綠 天藍 雪青 灰 銀河白(默認色)   合適字體大小:
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     中國鋼管信息港調查隊獲悉:當分析的管道連接到兩個或多個設備時,其中的一個或多個設備正在操作而其它設備關閉,應力分析時應分別計算每根支管的溫度并分別進行考慮。
      
      最常見的情況是備用泵,根據意大利Snampro-getti工程公司的應力分析工程規定,當在止逆閥/切斷閥組件上裝有旁路時,則取操作管道溫度的70P作為備用管道的計算溫度。如果沒有安裝上述旁路,備用管道的計算溫度應按如下規定選取見):1Q對于保溫管道,取操作管道溫度的50P作為TC長度管道的計算溫度;1開發應用情況1993年原化工部配管中心站即現在的全國化工工藝配管設計技術中心站組織各設計院統一購買了美國COADE公司的CAESAR管道應力分析軟件,在工程項目的管道設計中得到廣泛應用。目前國內化工、石化等行業中均采用該軟件進行管道應力分析,是國內各行業進行管道應力分析的首選軟件。國內各大設計院在該軟件的開發應用方面都做了一些工作,從各設計院開發應用的情況來看,目前應用較多的還是管道靜態應力分析和設備管口載荷校核兩部分。下面就本人在該軟件的開發應用方面所做的工作談一些體會。
      
      要用好一個應力分析軟件,首先必須從理論上弄懂它的力學原理和數學方法。CAESAR管道應力分析軟件的理論基礎是材料力學、結構力學、彈塑性力學、有限元、管道應力分析與計算等。因此最好能對這些理論課程有一個基本了解。
      
      軟件中進行管道應力驗算采用的美國標準為:ANSI/ASMEB31.1、B31.3等;進行設備管口載荷校核采用的美國標準:ANSI/API -297.因此對于這些美國標準中的有關內容也要有所了解。
      
      目前CAESAR軟件共有三本技術資料:內容都進行仔細閱讀、理解。本人通過不斷地琢磨、摸索,并結合工程應用進行開發。目前,該軟件的管道靜態應力分析及設備管口載荷校核部分已完全開發應用于實際工程項目。管道靜態應力分析做到最2對于不保溫管道,取操作溫度的25'作為TC長度管道的計算溫度;3取環境溫度作為從泵或其它設備)到止逆閥間管段的計算溫度。
      
      對于蒸汽伴熱泵的進出口管線,應力分析校核一般是按兩臺泵同時操作考慮,這主要是考慮到當管線處于備用狀態時而蒸汽伴熱仍在進行。
      
      中國鋼管信息港調查隊獲悉:下面列舉的兩個實例,NCU02管系三通閥以上的管道帶夾套,三通閥以下的管道有蒸汽伴熱,所以按兩臺泵同時操作考慮。NCU09管系是互為備用的兩臺泵的出口管系,且沒有蒸汽伴熱,因此必須按上面所說的方法分別考慮每段支管的計算溫度。若考慮泵口的端點附加位移,老的CAESAR 113.19版因只能填一個工況下的端點附加位移,必須按兩個題目計算,CAESAR3.24以后的版本可以按一個題目來計算。若將泵體看做剛性件與管系同時考慮,避免輸入端點附加位移,則都可按一個題目計算。
      
      2.2帶曲管壓力平衡型膨脹節管道的應力分析本人在南化大化肥工程尿素裝置中用到兩個直徑較大的曲管壓力平衡型膨脹節,CAESAR中沒有推薦的曲管壓力平衡型膨脹節的模型,本人在CAESAR中推薦的大拉桿橫向型膨脹節模型的基礎上進行修改,把平衡端做進去,并按實際尺寸修改。這樣可以加快膨脹節的建模速度,并且膨脹節的重量與實際情況相符,對管系上的彈簧支吊架的正確選型很有利。*⑶03和*⑶04就是這兩個帶曲管壓力平衡型膨脹節管系的模型。在這兩個管系中,程序選擇的彈簧操作載荷不能足以消除設備管口載荷以滿足制造商的許用值,本人強加一個較高的操作載荷,覆蓋程序計算值以調整重力分布并使設備管口載荷滿足許用值。在這種情況下用戶的輸入通常是程序的彈簧選型法則提議的初始值的一個變化。在調整操作載荷前,一個更好的做法是,用戶確定是否在約束重力階段釋放有問題的管口。但對于在距離被釋放管口的水平方向三倍管徑內沒有彈簧架的管系要保守地應用這個技巧。同時還建議當在固定點/約束點釋放比Y方向力多的力時應小心,因為釋放附加的自由度可能造成大斜度及垂直位移,使得彈簧的設計載荷不真實。
      
      2.3夾套管的應力分析根據意大利Snamprogetti工程公司的應力分析工程規定,夾套管的應力分析按以下原則考慮。對于夾套管,可能有兩種不同的操作條件:12內管溫度高于外部夾套管溫度;2)內管溫度低于外部夾套管溫度;對于12情況,應力分析時應取工藝流體溫度作為內管的計算溫度,夾套流體溫度通常為蒸汽)作為外部夾套管的計算溫度;對于2)情況,應力分析時應分別考慮下面兩種不同的操作條件:正常操作條件下,取工藝流體溫度和夾套流體溫度的平均值作為內管的計算溫度,夾套流體溫度作為外部夾套管的計算溫度;停車情況下,統一取夾套流體溫度作為內外管的計算溫度。
      
      同時,夾套管的應力分析還應包括由于內外管之間的單位熱膨脹量差而產生的軸向應力校核。如果管道總的應力高于ASME規范所規定的許用應力,應考慮在外部夾套上加膨脹節。
      
      內管和夾套管之間的定位塊靠近彎頭的距離對內、外管之間的受力分配影響很大,往往可以通過調整這個距離來調整內、外管中的應力,因此這個距離的大小必須要由應力分析工程師來決定。7CU06管系是本人計算的南化大化肥工程尿素裝置中進出造粒塔的夾套管線,每個彎頭處定位塊的距離都進行了適當的調整。
      
      2.4直聯設備彈簧支座的選型NCD18是一臺換熱器和一臺容器直聯,由于聯接點位置較低,從聯接點到容器支承點之間已沒有足夠的空間來做生根于設備上的支架,換熱器不能直接在容器上生根,而必須從框架上生根做支架。由于兩臺設備的熱膨脹不一致,換熱器必須用彈簧支座支承。為了精確選擇彈簧,必須對這兩臺設備進行精確模擬。換熱器支座設在殼體上,而殼體上裝有膨脹節,因此殼體和換熱管之間還有相對位移。由于管板、殼體、換熱管束三者之間主要是軸向受力關系,本人按力學效果相當的原理將管板模擬成剛體,換熱管束用一個金屬截面積和它相等的大管子來模擬,這樣就相當于一個夾套管,折流板相當于內外管之間的導向架。由于兩設備間直聯的法蘭較重,因此換熱器支座承受的是偏心載荷,四個彈簧支座承受的載荷并不一致,為了精確選定每個彈簧,本人按照CAESAR用戶手冊推薦方法,從設備中心線做出四個剛體,使每個彈簧支承在它實際支承的位置上,這樣選出的彈簧比較符合實際情況。
      
      2.5硫酸裝置的管道應力分析硫酸裝置大多為單層無框架結構,做管道支架的條件較差,均需從地面生根。膨脹節設置的位置和選型,要充分考慮管系的支承問題,盡量從膨脹節的結構型式上解決管系的支承問題。原則上不應因設置膨脹節而增設單獨從地面生根的管架特別是標高較高的管架),以免影響操作維修和裝置的外觀。
      
      另外,工藝介質的壓力雖然很低最大0.036MPa),但由于管道直徑很大最大DN2200)膨脹節的內壓推力將達到十幾噸,這樣大的盲板力不容忽視,因此不能隨意選用無約束型的膨脹節。若選用大拉桿橫向型膨脹節,由于管道直徑很大,膨脹節的整體尺寸將做得很大,給膨脹節運輸和安裝帶來一定的困難,業主一般也不愿意在制造廠整體訂貨,一般都是散件在現場組裝。由于施工單位沒有膨脹節的組裝經驗,大多組裝得不對,達不到設計要求,使膨脹節不能正常工作,而且發現在現場組裝過程中,對波紋管的損傷很大,降低了膨脹節的疲勞壽命。綜合各方面的因素來考慮,硫酸裝置的管道選用鉸鏈型膨脹節最為經濟合理。由于SO、S3氣體管道在停車時有結露的可能,存在露點腐蝕的可能,因此目前硫酸裝置中大多參照國外工程公司的做法,采用厚壁3mm)、大波波高157mm)型膨脹節。
      
      中國鋼管信息港調查隊獲悉:計算表明:在軸壓下,組合結構環板的徑向應力~在-39~158MPa之間;環向應力<70在-42~77MPa之間,均比狀況I有所增大。在環板的凹角處有應力集中現象,  與狀況I相同,同樣給出環板螺栓孔邊應力,見,9,環板特殊節點處的應力見表1,可以看出,軸壓作用使環板的應力有所增大,但增大的幅度并不大。
      
      計算表明:狀況時鋼管的應力也不大,徑向應力~不超過158MPa,環向應力(Te不超過43MPa,和軸向應力不超過-42MPa,且鋼管大部分區域的(、  含:圖例約束和加載模擬試驗情況,鋼管混凝土柱底部各節點的6個自由度全部約,考慮到結構和荷載的對稱性,選擇1/4部分建模,整個組合結構的坐標原點定在核心混凝上的中心,XZ面所有節點F向位移約束,YZ面所有節點X向位移約束;鋼管混凝土柱頂部總軸力1 500kN,與試驗加載情況相同,鋼筋混凝土梁端按每級10kN分級加在梁端上部表面節點上,一直加到80kN. 0為分級荷載P=60kN時,徑向應變主應變e,的狀況,由于此時,節點區外的混凝土已開裂,但節點區的鋼結構仍完好,從計算得出的狀態圖也可看出,符合試驗得出的新型柱節點“強柱弱梁,節點更強”的結論。
      
      0戶=601時、的狀況計算和試驗141得出的P-A曲線差別不大。尤其是在加載到60kN以前,曲線的斜率相差很小,60kN以后,混凝土開裂,結構的塑性變形明顯增大。具體結果比較見1. 4結論有限元計算結果與試驗結果是符合的,表明所建計算模型可以用T節點性能分析。
      
      新型節點的鋼環板、腹板、鋼管及鋼管內外的混凝土共同組成了一個強度和剛度都很大的節點核心區,(下轉第13頁)屈本寧,何天淳。穩定型懸索橋與普通懸索橋固有振動對比研究。
      
      多自由度非線性動力方程求解新方法。昆明理工大學學報,1994,19(6):64~71.陳仁福。大跨懸索橋理論鐘善桐。鋼管混凝土結構。哈爾濱:黑龍江科學技術出版社,1995。北京:中國建筑工業出版社,1992.鋼管混凝土結構設計與施工規程。北京:中國計劃出版社,1992.駱韋。高層建筑鋼管混凝土柱新型節點的試驗研究及有限元分析美國ANSYS公司北京辦事處。ANSYS建模與分網指南Mj.中國鋼管信息港調查隊獲悉
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