强度校核步骤

管道强度校核的具体步骤是什么？

管道强度校核的具体步骤？

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《石油管道工程设计规范》GB50253-2014

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5.5管道的强度校核

5.5.1输油管道应计算由设计内压、外载荷和温度变化引起的应力，并应小于管道、管道附件和连接设备的安全承载能力。

5.5.2穿越管段的强度验算应符合现行国家标准《油气输送管道穿越工程设计规范》 GB50423的有关规定。

5.5.3埋地输油管道直管段和轴向变形有限的地上管段的轴向应力应按下列公式计算：

其中：a——因内压和温度变化产生的轴向应力(MPa)，负值为轴向压应力，正值为轴向拉应力；

E——钢的弹性模量为2.05105 MPa；

——钢的线膨胀系数为1.210-5-1；

T1——管道安装和关闭时的环境温度()；

T2——管道内被输送介质的温度()；

——泊松比应为0.3；

h——内压引起的环向应力(MPa)；

P——管道设计内压(MPa)；

D——管道内径(米)；

——管道公称壁厚(m)。

由内压计算的周向应力应小于或等于许用应力[]，应符合本规范第5.2.1条的规定。

5.5.4轴向应力应包括埋地管道的弹性敷设段和轴向受约束的地上架空管道。地面受轴向约束架空管道侧向弯曲引起的轴向应力计算应符合现行国家标准《油气输送管道跨越工程设计规范》 GB50459的有关规定。弹性敷设管段的弯曲应力应按下列公式计算：

其中：d——弹性铺设引起的弯曲应力，负值为轴向压应力，正值为轴向拉应力(MPa)；

D——钢管外径(米)；

R——弹性敷设曲率半径(m)。

5.5.5对于受约束的管道，等效应力应按最大剪应力失效理论计算。当a为压应力(负值)时，应满足下列公式：

其中：e——等效应力(MPa)；

S——钢管的最小屈服强度(MPa)。

5.5.6轴向无约束架空敷设管段和无固定墩的埋地管段，其等效热膨胀应力应按下式计算，计算值不应大于钢管的许用应力[]。

其中：t——最大运行温差下的热膨胀等效应力(MPa)；

b——最大运行温差下的热膨胀组合弯曲应力(MPa)；

Mi——构件的面内弯矩，应分别考虑三通、主管和支管的弯矩(Mnm)；

Ii——构件的平面内应力增强系数，其值应符合本规范附录H的规定；

Mo——构件的平面外弯矩(Mnm)；

Io——构件的平面外应力增强系数，其值应符合本规范附录H的规定；

——扭转应力(MPa)；

Mt——扭矩(Mnm)；

Z——钢管截面系数(m3)。

5.5.7计算地面管道热应力时，管道的全补偿值应包括热伸长值、管道端点的附加位移和有效预拉伸。预拉伸的有效系数应为0.5。

条款说明

5.5管道的强度校核

5.5.1本条的目的是校核管道的应力以及与管道连接的设备和配件的推力和扭矩，使其控制在钢管、配件和设备的安全承载范围内。

5.5.3关于埋地管道因温升和流体压力共同作用而产生的轴向应力的计算，虽然在1973年出版的的《埋设管线》一书中，认为管道在土中没有完全约束，特别是在弯管段，并提出弯管段的温度应力应按原计算值乘以折减系数。然而，在欧洲和美国的规范中

5.5.4埋地管道除计算热膨胀和泊松应力外，还应计算弹性弯曲应力，地面管道还应计算因管重和外荷载引起的弯曲应力。在校核管道的等效应力时，应分别计入上述两种应力。需要注意的是，公式(5.5.4)适用于径厚比大于或等于30的薄壁管。

5.5.5最大剪应力强度理论和变形能强度理论均考虑了塑性流动的强度理论，其计算值与塑性材料的实际应力状态吻合较好，分别为各国规范所采用。考虑到最大剪应力强度理论的计算比较简单，略显安全，本规范采用该强度理论校核周向应力和轴向应力组合的等效应力，并采用了各国规范采用的应力限值。

5.5.6公式(5.6.5-1)是计算无明显轴向约束的地面管道系统热膨胀弯曲应力和剪切应力组合的热膨胀等效应力的公式，也可用下列公式表示：

其中：t——热膨胀等效应力(MPa)；

Z——钢管截面系数(m3)；

MX、MY和MZ——分别用于计算管道系统沿X、Y和Z轴的热膨胀力矩(MN m)。

在内部压力、外部载荷和温度的作用下，管道处于弯头、三通等处。

管件上将产生局部应力集中。因此，在计算应力时，要计入应力增强系数，以考虑其应力增大的影响。由于这些管件上的应力状态比较复杂，很难用理论公式准确计算应力增强系数，一般常采用试验研究得出的经验公式计算，如本规范附录H中的应力增强系数就是根据试验推导而得出的平面弯曲和非平面弯曲的应力增强系数。

附录H还列出了弯管的挠性系数，也称柔性系数。这是考虑弯管在弯矩作用下，弯管截面发生扁平效应，结果使弯管的刚性比直管减低，即柔性增大。在计算中，利用挠性系数将管系中的弯管换算至同一规格的直管计算刚度。对于拔制三通等其他管件，按与三通或管件连接的管子的刚度计算，即挠性系数取1.0。

5.5.7作用在工作状态下的地面管系上的荷载除了自重和其他外荷载之外，还应包括位移荷载，即包括热胀、有效预拉伸及端点附加位移(包括端点的线位移和角位移)。在计算管系的全补偿值时应包括这些附加位移。在端点无角位移时，线位移的全补偿值可按下列公式计算：

式中：△XA、△YA、△ZA、AXB、△YB、△ZB——A端或B端的附加线位移(cm)；

△Xt、△Yt、△Zt——计算管系AB沿坐标轴X、Y、Z的热伸长值(cm)；

△XP、△YP、△ZP——计算管系AB沿坐标轴X、Y、Z的预拉伸值(cm)；

ε——预拉伸有效系数。

预拉伸主要是为减小管道工作状态下管道的应力以及对设备的推力和力矩。如果管系布置具有相当大的柔性，热胀应力不大，工作状态时对端点的推力和力矩以及管道应力都能满足要求，则可不进行预拉伸，以减少安装工作量。

为使预拉伸产生的力和力矩不致过大，预拉伸有效系数即预拉伸长度同全补偿值之比一般采用0.5。

上一节：5.4输油管道管壁厚度计算及管道附件的结构设计

下一节：5.6管道的刚度和稳定

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