架空供熱管道AutoPSA軟件設計計算

摘要

摘　要：結合工程實例，采用AutoPSA應力分析軟件，對某段跨越河流架空供熱管道的一次應力、二次應力、熱位移、支座反力進行了分析計算。關鍵詞：跨越河流；架空敷設；　供熱管道；　應

摘　要：結合工程實例，采用AutoPSA應力分析軟件，對某段跨越河流架空供熱管道的一次應力、二次應力、熱位移、支座反力進行了分析計算。

關鍵詞：跨越河流；架空敷設；　供熱管道；　應力分析

Software Design Calculation of Overhead Heat-supply Pipeline for River Crossing Based on AutoPSA

Abstract：Combined with the engineering example，the primary stress，secondary stress，thermal displacement and support reaction of an overhead heatsupply pipeline for river crossing are analyzed and calculated by AutoPSA software．

Keywords：river crossing；overhead laying；heating pipe；stress analysis

1　項目概況與設計內容

某市計劃敷設一條DN 1200mm的熱水供熱管道以實現市區南部的集中供熱，供、回水設計溫度為130、70℃，設計壓力為1.6MPa，管材為Q2358，規格為Æ1220×16，沿途需要穿越一條河流，河面寬度為35m。根據規劃部門和供熱單位的要求，穿越河流采用架空敷設方式。北岸原有一條供熱管道，為了躲避該供熱管道，北岸新建供熱管道的管頂覆土深度為3.03m，南岸供熱管道管頂覆土深度為1.5m。

在河流兩岸的桁架施工時，采用設置圍堰的方式，以防河水滲入工作基坑。供熱管道的平面及立面圖分別見圖l、2，圖中數值單位為m。點A、H為曲率半徑為4倍公稱直徑的彎頭，點C、F為曲率半徑為2.5倍公稱直徑的彎頭，點D、E為曲率半徑為1.5倍公稱直徑的彎頭。

2　供熱管道設計計算

2.1　AutoPSA應力分析軟件

AutoPSA是一款管道應力分析軟件，用戶通過使用簡單梁單元建立管系模型，并定義作用在管系中的載荷，軟件將計算出管系各節點的應力(一次應力、二次應力)、熱位移、支座反力等結果。一、二次應力的判別方法依據DL／T 5366—2006《火力發電廠汽水管道應力計算技術規程》(以下簡稱《規程》)。

2.2　應力判別方法

①一次應力

一次應力是由于壓力、重力及其他持續外力荷載的作用產生的應力，《規程》給出的判別式為：

式中sL——一次應力，MPa

sall,d——鋼材在設計溫度下的許用應力，MPa

p——供熱管道設計壓力，MPa

Di——工作鋼管內直徑，mm

Do——工作鋼管外直徑，mm

i——應力增加系數，要求0.75i不小于1.0

MA——自重和其他持續外載作用在管子截面上的合成力矩，N·mm

W—管子截面抗彎矩，mm³

②二次應力

二次應力是由于熱脹、冷縮、端點位移荷載的作用產生的應力，《規程》給出的判別式為：

式中sE—二次應力，MPa

sall——中間計算量，名稱定義為二次應力的許用應力，MPa

MC——將全補償值和鋼材在20℃時的彈性模量作為計算條件，由熱脹引起的合

成力矩，N·mm

f——應力范圍的減小系數，取值方法見《規程》

sall,20——鋼材在20℃時的許用應力，MPa

2.3　計算模型的建立

由于供水管承受的壓力及供熱介質溫度比回水管高，應力條件更加惡劣，若供水管的應力能滿足要求，那么回水管也將符合要求，因此我們僅對供水管的應力進行分析計算。

目前，AutoPSA應力分析軟件主要應用于架空管道的應力分析與計算。該工程穿越河流部分的管道敷設方式主要為架空方式，河兩岸的供熱管道為直埋形式。為了能將AutoPSA應力分析軟件應用在該管系中，在建立計算模型時應對該管系進行必要的設定。直埋管段A—C由于與架空管段D—C相連，且彎頭C外側設置了泡沫墊，使彎頭能夠自由伸縮，靠近該彎頭的直埋管道所受的土壤反力較小。因此，彎頭C側的直埋管段可作為架空處理。同理，彎頭F側的直埋管段也可作為架空處理。直埋管段A—C兩側都有彎頭，因此A—C之間有一個駐點^[1]，且在A—C中點附近。由于彎頭C處與架空管段相連，變形量較大，因此駐點更靠近點A，建模時選取點B為駐點。雖然選取的駐點位置可能與實際稍有偏差，但對計算結果的影響不大。同理，選取點G作為直埋管段F—H的駐點。在建模時駐點B、G可作為固定支架處理。

架空管道滑動支架的最小間距根據強度條件及剛度條件確定(取較小值)^[2]，并考慮桁架的均勻受力，最終確定管段D—E的滑動支架間距為6m。直埋管段B—C、F—G由于有土壤的均勻支撐，處處都可以認為是支架，在滿足跨距要求的前提下，可簡化為間距為6m的活動支架。

架空供熱管道計算模型見圖3，圖中數值單位為m。其中節點1、14為固定支架，節點2～13為滑動支架，節點l0010、10040、10050、10080、10090、10120、10130、10160為彎頭應力計算節點。

安裝溫度為10℃，供熱前最低室外溫度為5℃。

2.4　供熱管道的應力計算結果

輸入數據：熱水溫度130℃，設計壓力1.6MPa，管材Q2358，管道外直徑1220mm，直管壁厚16mm，彎頭壁厚18mm。其他參數可通過AutoPSA應力分析軟件，實現手動調用或自動調用。建立好的計算模型經AutoPSA應力分析軟件分析計算，得到一次應力、二次應力、熱位移、支座反力。應力驗算結果見表1，熱位移、支座反力見表2。由表1可知，供熱管道各單元的一次應力、二次應力均滿足《規范》要求。表2數據可作為結構專業設計桁架的基礎數據，表中負號表示方向與坐標軸正向相反。