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管道应力分析和计算 管道弯曲疲劳试验的数据，是工程上采用的一种简单的方法。正规的疲劳分析采用的疲劳曲线都是基于应变疲劳数据由实验测得的，以求出在一定循环荷载作用下允许的循环次数。 1.10.5 非弹性分析 随着科学技术的发展，对于高温蠕变管道的应力分析的研究已开始应用非弹性分析，有的还采用蠕变－疲劳重迭效应的验算。非弹性应力分析需要计算管道总的应变，并对管道的平均应变、弯曲应变和局部应变分别给予不同的限定。 2 管道的柔性分析与计算 2.1 管道的柔性 管道的柔性是反映管道变形难易程度的概念，表示管道通过自身变形吸收热胀、冷缩和其它位移变形的能力。 管道必须设计成具有足够的柔性，防止管道因热胀、冷缩、端点附加位移、管道支撑设置不当等原因造成的下列问题： （1）管道应力过大或材料疲劳引起的管道破坏； （2）管道连接处产生泄漏； （3）管道推力或力矩过大，使与其相连接的设备产生过大的应力或变形，影响设备正常运行； （4）管道推力或力矩过大引起管道支架破坏。 2.2 管道的热膨胀补偿 管道设计中应充分重视热膨胀补偿，增大管系的柔性，以减小由管道热胀、冷缩等位移荷载作用产生的力、力矩和应力。 管道的热膨胀补偿可采用自然补偿和利用补偿器补偿两种方式。 （1） 管道的自然补偿 是利用管道布置自身的长度、弯曲和扭转产生的变形来吸收管道 10 管道应力分析和计算 的热伸长，以增大管系的柔性。当自补偿无法满足补偿要求时，可设置补偿器进行补偿。 （2）补偿器补偿 常用的管道补偿器有：П形补偿器、波形补偿器、套管式补偿器或球形补偿器。选择补偿器时应注意它适用的压力、温度和补偿量条件，保证可靠的运行。 2.3 管道柔性分析与计算的主要工作 2.3.1 主要工作 计算管道在热胀、冷缩、端点附加位移和支吊架约束（限位）等位移荷载作用下产生的力和力矩（含冷、热交替下的力和力矩范围，下同）。 2.3.2 结果 管道柔性计算得到的力和力矩，做为应力计算的输入，可用于判断管道对设备的推力和力矩是否在设备所能安全承受的范围内。 柔性计算得到的支吊架荷载和位移作为管道支吊架的设计输入。 2.4 管道柔性分析与计算的基本假定 （1）假定整个管系为弹性体。管道由弹性材料组成，服从虎克定律。 （2）管系是一个连续的整体，材料的一些物理量，例如应力、应变、能够用连续函数来描述。 （3）管道材料的各种物理性质，在各个方向都是相同的。 2.5 补偿值的计算 2.5.1 管道一般以设备连接点或固定点分为若干管段，设备连接点或固定点之间互相连接的各管段，构成一个独立的计算管系，统一进行挠性分析和计算。 11 管道应力分析和计算 2.5.2 在进行作用力和力矩计算时，应采用右手定则的直角坐标系作为基本坐标系。基本坐标的原点可以任意选择，一般Z 轴为向上的垂直轴，X轴为沿主厂房纵向的水平轴，Y轴为沿主厂房横向的水平轴。 2.5.3 当端点无附加角位移时，计算管系（或分支）的线位移全补偿值可按下列公式计算： ?X??XB??XA??XtAB （式2.5.3－1） ?Y??YB??YA??YtAB （式2.5.3－2） ?Z??ZB??ZA??ZtAB （式2.5.3－3） ?XtAB??t(XB?XA)(t?tamb) （式2.5.3－4） ?YtAB??t(YB?YA)(t?tamb) （式2.5.3－5） ?ZtAB??t(ZB?ZA)(t?tamb) （式2.5.3－6）式中： ?X，?Y，?Z－计算管系（或分支）沿坐标轴X、Y、Z的线位移全补偿值，mm； ?XB，?YB，?ZB－计算管系（或分支）的末端B 沿坐标轴X、Y、Z的附加线位移，mm； ?XA，?YA，?ZA－计算管系（或分支）的始端A 沿坐标轴X、Y、Z的附加线位移，mm； ?XtAB，?YtAB，?ZtAB－计算管系（或分支）AB沿坐标轴X、Y、Z的热伸长值，mm； ?t－钢材从20℃至工作温度下的线膨胀系数，10－6/℃； XB，YB，ZB－计算管系（或分支）的末端B的坐标值，mm； XA，YA，ZA－计算管系（或分支）的始端A的坐标值，mm； t－工作温度，℃； 12 管道应力分析和计算 tamb－计算安装温度，可取用20℃，℃。 2.5.4 当管道各方向（沿坐标轴X、Y、Z）采用不同冷紧比时，应计算管道在冷状态下各方向的冷补偿值。它的数值等于该方向的冷紧值，即： ?X20??Xcs AB （式2.5.4－1）cs （式2.5.4－2） ?Y20??YAB（式2.5.4－3） ?Z20??ZcsAB 式中： ΔX20，ΔY20，ΔZ20－计算管系（或分支）沿坐标轴X、Y、Z的线位移冷补偿值，mm； ΔXcsAB，ΔYcsAB，ΔYcsAB－计算管系（或分支）AB 沿坐标轴X、Y、Z 的冷紧值，mm。 2.6 冷紧 冷紧是指在安装时使管道产生一个预变形的一种方法。通过这种预变形使管道在安装状态下对设备或固定点预先施加一个与操作（运行）状态时相反的作用力。 冷紧可以减少管道运行初期的热态应力和管道对于端点或设备的热态推力，并可减少管系的局部过应变。由于冷紧并不改变热胀应力范围，所以它不能改善热胀二次应力的校核结果。 冷紧比为冷紧值与全补偿值（安装状态到热状态的总变形值）的比值。冷紧比的数值在0－1之间，冷紧比为0时表示没有冷紧，冷紧比为1时表示100％冷紧。 冷紧有效系数是指实际有效的冷紧值与理论冷紧值之比。考虑到在实际管道安装过程中理论冷紧值往往难以完全实现，所以一般将冷 13