供热直埋敷设管道受力计算与分析
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直埋敷设方式越来越广泛的应用于供热管道的敷设中。随着我国供热区域面积的不断扩大,直埋敷设供热管道的压力、管径也不断增加。国内现有的一些热水管道已经达到工作压力2.5MPa;管径高达DN1000mm。国内现行规范(即《城镇直埋供热管道工程技术规程》)中的管道应力计算方法的适用范围有局限性,针对较高工作压力、大直径直埋管道的受力设计方法不全。直埋敷设技术的不断发展,要求设计者采用更为合理、全面的受力设计方法。论文对现行的直埋供热管道受力设计计算方法中存在的问题进行分析,并提出解决相应问题的一些方法和思路;针对国内外现有的几种直埋敷设管道受力设计方法进行比较、分析,提出针对较高工作压力、大直径直埋管道的受力失效方式和设计要点;论文进一步分析针对直埋敷设中直管、弯头、折角、三通等管道部件不同的失效方式以及各种直埋敷设安装方式所能解决的直埋管道受力失效情况;编制“直埋供热管道受力计算与分析”软件,该软件可以进行直埋敷设较高工作压力、大直径管道的受力设计与分析;利用软件进行工程实例的管道受力设计,根据软件计算结果分析、调整管道的布置和相关的管件参数;利用软件进行直埋管道的受力设计可以大大提高直埋管道受力设计计算的效率;对一些直埋受力设计中重要的影响因素进行分析,为工程设计提供参考。
| 摘要 | 第3-4页 |
| Abstract | 第4页 |
| 物理量名称及符号表 | 第5-10页 |
| 第1章 绪论 | 第10-16页 |
| 1.1 本课题的提出意义 | 第10-11页 |
| 1.2 与本课题有关的现状 | 第11-14页 |
| 1.2.1 直埋管道受力设计方法的发展现状 | 第11-13页 |
| 1.2.2 直埋受力计算软件的发展现状 | 第13页 |
| 1.2.3 直埋管道受力设计中存在的问题 | 第13-14页 |
| 1.3 本课题的主要工作 | 第14-16页 |
| 第2章 直埋管道受力分析及基本设计原则 | 第16-24页 |
| 2.1 直埋管道的荷载 | 第16-20页 |
| 2.1.1 直埋管道的力荷载 | 第16页 |
| 2.1.2 直埋管道的位移荷载 | 第16-17页 |
| 2.1.3 直埋管道的力—位移荷载 | 第17-20页 |
| 2.2 直埋管道的应力分类和失效形式 | 第20-22页 |
| 2.2.1 直埋管道的应力分类 | 第20页 |
| 2.2.2 直埋管道受力的主要失效形式 | 第20-22页 |
| 2.3 直埋管道运行时的状态及其安装方式 | 第22-23页 |
| 2.3.1 直埋管道运行时的状态 | 第22页 |
| 2.3.2 直埋管道安装方式 | 第22-23页 |
| 2.4 本章小结 | 第23-24页 |
| 第3章 供热直埋敷设管道的受力设计方法 | 第24-39页 |
| 3.1 壁厚计算 | 第24-26页 |
| 3.1.1 《规程》中壁厚计算方法 | 第24页 |
| 3.1.2 《区域供热手册》中壁厚计算方法 | 第24页 |
| 3.1.3 壁厚计算方法的对比与选择 | 第24-26页 |
| 3.2 循环塑性变形计算 | 第26-27页 |
| 3.2.1 《规程》中循环塑性变形计算方法 | 第26页 |
| 3.2.2 《区域供热手册》中循环塑性变形计算方法 | 第26页 |
| 3.2.3 循环塑性变形计算方法的对比与选择 | 第26-27页 |
| 3.3 低循环疲劳破坏计算 | 第27-30页 |
| 3.3.1 弯头低循环疲劳破坏的应力计算 | 第27-29页 |
| 3.3.2 折角低循环疲劳破坏的应力计算 | 第29-30页 |
| 3.4 整体失稳中的垂直失稳计算 | 第30-32页 |
| 3.4.1 《规程》中垂直失稳计算方法 | 第30-31页 |
| 3.4.2 《区域供热手册》中垂直失稳计算方法 | 第31页 |
| 3.4.3 垂直失稳计算方法的对比与选择 | 第31-32页 |
| 3.5 局部失稳计算 | 第32-33页 |
| 3.6 按管道不同组件分类的应力计算 | 第33-34页 |
| 3.6.1 直管的应力计算 | 第34页 |
| 3.6.2 弯头、折角和三通的应力计算 | 第34页 |
| 3.7 补偿器的选择和计算 | 第34-36页 |
| 3.7.1 《规程》中补偿器的选择和计算方法 | 第35-36页 |
| 3.7.2 《管道设计》中补偿器的选择和计算方法 | 第36页 |
| 3.7.3 补偿器的选择和计算方法的对比与选择 | 第36页 |
| 3.8 固定墩（座）合成推力的计算 | 第36-38页 |
| 3.8.1 固定墩（座）单侧内力的计算 | 第37页 |
| 3.8.2 固定墩（座）合成推力的计算 | 第37-38页 |
| 3.9 本章小结 | 第38-39页 |
| 第4章 直埋管道受力计算软件的研究 | 第39-55页 |
| 4.1 国内已有软件的剖析 | 第39-44页 |
| 4.1.1 CAESAR2 软件 | 第39-42页 |
| 4.1.2 直埋供热管道设计计算软件 | 第42-44页 |
| 4.2 论文作者编制软件 | 第44-48页 |
| 4.2.1 软件的功能 | 第44-47页 |
| 4.2.2 软件功能的实现 | 第47页 |
| 4.2.3 软件的特点 | 第47-48页 |
| 4.3 利用软件设计工程实例 | 第48-54页 |
| 4.4 本章小结 | 第54-55页 |
| 第5章 供热直埋管道受力中几个问题的浅析 | 第55-72页 |
| 5.1 直埋敷设安装方法与受力的关系 | 第55-57页 |
| 5.1.1 无补偿冷安装方式 | 第55-56页 |
| 5.1.2 有补偿冷安装方式 | 第56页 |
| 5.1.3 预热安装方式和一次性补偿器安装方式 | 第56-57页 |
| 5.2 内压和土壤摩擦力对管段热伸长量的影响 | 第57-61页 |
| 5.2.1 内压对管道热伸长量的影响 | 第57-60页 |
| 5.2.2 土壤摩擦力对管道热伸长量的影响 | 第60-61页 |
| 5.3 热伸长量线算法适用条件的分析 | 第61-67页 |
| 5.3.1 热伸长量线算法 | 第61-62页 |
| 5.3.2 利用公式计算对线算法进行验算 | 第62-65页 |
| 5.3.3 利用公式推导对线算法进行验算 | 第65-67页 |
| 5.4 Eα和C 值对管道受力设计的影响 | 第67-69页 |
| 5.4.1 E α对管道受力设计的影响 | 第67-68页 |
| 5.4.2 C 值对管道受力设计的影响 | 第68-69页 |
| 5.5 固定墩（座）所在管段几种不同布置方式的比较 | 第69-71页 |
| 5.6 本章小结 | 第71-72页 |
| 结论 | 第72-73页 |
| 参考文献 | 第73-77页 |
| 致谢 | 第77页 |
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