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高层燃气管道改造施工及受力分析

时间:2018-5-29 7:58:22   作者:燃气公司   来源:www.beijinggas.com   阅读:16   评论:0
内容摘要:高层燃气管道改造施工及受力分析  随着国民经济的发展,高层民用建筑日益增多,针对高层建筑的不断增多,室内燃气管道高度的设计极限也开始面临挑战;针对烟台的超高层民用建筑从2005年至今不断增加,而且不断创出新高,本文就高层民用建筑室内燃气管道的补偿方式和管道的受力分析展开论述和学习?! ∈夷诹⒐茏芨叨任?5.2m;根据公...
高层燃气管道改造施工及受力分析
  随着国民经济的发展,高层民用建筑日益增多,针对高层建筑的不断增多,室内燃气管道高度的设计极限也开始面临挑战;针对烟台的超高层民用建筑从2005年至今不断增加,而且不断创出新高,本文就高层民用建筑室内燃气管道的补偿方式和管道的受力分析展开论述和学习。

  室内立管总高度为75.2m;根据公式△L=0.012×L×△t
  式中 △L——管道的补偿量(mm);
   △t——管道安装时与运行中的最大温差(℃);
   L——管道的补偿量(m)。
  通过计算得出△L=0.012×L×△t=0.012×75.2×40=36mm;
  假设仅对管道两端固定,其极限变形量可达36mm,这样一个变形量对管道自身的影响较大,由于极限温度变化产生的力N,可通过胡克定律计算确定 (《工程力学(静力学和材料力学)》[2])
  式中N——管道伸缩引起的纵向力(N);
   E——管材的弹性模量(Pa);碳素钢(C≤0.30%)20℃弹性模量为192×103MPa;
   ΔL——管道的形变(m);
   L——管道的长度(m);
  A——管道的截面积(m2);
  整段管道分为AE段为DN25-20.3m、EF段为DN32-37.7m、FD段为DN40-17.2m(可见图1),通过()计算得出总纵向力为N= 105.842 kN,
  校核立管所受应力,立管承受应力根据应力计算公式
  AE段为管道截面积最小处,校核AE段管道所受应力为
  σm===33800 MPa ,远大于材料的许用应力[σm]=130MPa;
  2.2管道补偿措施
  为避免这样的影响足球app采取了一些办法,下面是足球app采取的一种措施并对其进行分析。
  由于管道自身较长,固定其两端的补偿方法会造成其产生较大的膨胀力使得立管产生较大的集中应力,足球app采用在八层和二十三层楼板面设置固定支架将其立管分割为三段。
  
  其中B、C点为固定点,这样使其支架固定点不动,稍后对其支架进行应力分析来判断支架是否满足需要,分段具体可见图2,立管被分割为三段,足球app要对每段管道的形变、柔性、管道自身的应力及支架的应力进行分析,来判断足球app对此高层立管所采用的补偿办法是否有效。论文发表。
  2.3管道柔性的概念
  管道柔性(Piping Flexibility)是反映管道变形难易程度的一个物理概念,表示管道通过自身变形吸收热胀冷缩和其他位移变形的能力。管道柔性设计的目的是保证管道在设计条件下具有足够的柔性,防止管道因热胀冷缩、端点附加位移、管道支撑设置不当等因素引起,管道应力过大引起金属疲劳或管道推力过大造成支架破坏。
  2.3.1柔性分析方法
  这里足球app采用两种方法,一、比对分析法;二、数值解析法;柔性分析的比对分析法主要有(1)与实际运行良好的管道相同;(2)与经过详细柔性分析并合格的管道相比,没有实质变化。
  在实际运行当中足球app对8层(含8层)以下的民用建筑均不考虑管道的补偿问题,并且在烟台市已有着良好的运行记录;对8层以下的足球app提出一个特例计算下管道的伸长量:8层建筑,层高为2.9m,通过计算可以得出该段管道的极限膨胀量可达到11.14mm;与之采用比对分析法足球app可以得出对比结论,可以认为如果室内立管的膨胀量不超过△L 8=11.14mm的;足球app可视之为一般情况并且可以安全运行;△L AB=7.2mm<△L 8=11.14mm,通过比对可以得出结论AB段的管道柔性是可以满足实际需要的;CD段的管道也是可以满足管道的柔性。
  由于BC段管道长度较长△L BC=20.88mm>△L 8=11.14mm超出实际运行良好管道的膨胀量,故采取比对分析方法来证明BC管道的柔性满足要求是不可行的。故足球app要通过采取补偿方式来吸收其管道自身发生的形变,以避免管道投入运行后发生金属疲劳产生断裂发生事故;足球app所采取的补偿方式采用了自然补偿的办法(见图2)。
  π型补偿器补偿量计算公式为:
  式中: L——补偿器伸出距离(cm);
   L1——补偿器的开口距离(cm);
   
   R——管子弯曲许可应力,碳钢管取R=70~80MPa,此按70MPa;
   E——管材的弹性模量数(MPa);
DW——管子外径(cm);
   △L——两固定支架间管道热伸长量的一半(cm)。
  由已设置管道得出L1=2.9m=290cm;L=0.5m=50cm;DW=38mm=3.8cm;R=70MPa;E=1.91×105MPa。(π型补偿器补偿规格
  

  由此得出△L=5.755cm,最终得出BC段的补偿量可以达到115.1mm>△L BC=20.88mm,从而可以得出管道BC段采用此补偿办法后可以满足管道的热膨胀量即柔性需要的要求;
  2.3.2管道的受力分析
  接下来足球app要做的是判断管道的推力对支架和管道自身的影响,以保证管道的安全运行。论文发表。
  对B点进行分析
  分析AB段管道B点为管道固定点,该点的受力为AB段管道的重力,和BC段的π型补偿器弹力作用,最终可求得B点受力:并对B点固定支架和AB段管道进行校核;
  重力G=ρgV
  式中: G——钢管重力(N);
  ρ——钢管密度,7.84×103(kg/m3);
  g——重力加速度,取9.80(m/s2);
   V——钢管体积(m3);
   Pk——弹性力(N);
   σ——管材的许用应力(MPa);
   H——补偿器垂直臂长(cm);
   W——管子的断面系数,亦称抗弯矩(cm3);
  AB段钢管规格为D32×3.5,长度为15m,通过计算:
  =4.698×10-3 m3
  G=7.84×103×9.8×4.698×10-3=360.96N
  查找《工业金属管道设计规范》GB50316[4],可得出20号钢的许用应力σ=130MPa;查找《管道工程安装手册》[3],得出H=50cm;W=2.68cm3,;
  =100×=473.2 N
  通过受力分析,B点所承受这AB段管道向下的自身重量,和BC段管道向上的弹力作用,B点固定支架做法
  B点向下的力作用在固定支架上,支架通过力的传导最终将力传导到楼板,其中作用面积最小部位为截面最小处,通过图5得出:
  最小面积受力面积:
  Amin=4×6×3×10-6=72×10-6 m2
  作用在受力面上所产生的应力:
  σm===5.01 MPa  
      σm 远小于固定支架的许用应力[σm]=130MPa
  校核B点支架所承受的补偿器向上的弹力作用,通过图5得出:
  其最小接触面积为:
  Amin=40×4×4×10-6=640×10-6
  作用在受力面上所产生的应力:
  σm===0.74 MPa
  通过计算得出结论B点受力满足要求。
  对C点进行分析
  C点向下作用力为BC段弹力、BC段管道重力和CD段管道重力的合力,
  BC段钢管规格为D38×3.5-44m,通过计算:
  =1.668×10-2 m3
  GBC=7.84×103×9.8×1.668×10-2= 1281.25N
  CD段钢管规格为D45×3.5-17.2m,通过计算:
  =7.843×10-3 m3
  GCD=7.84×103×9.8×7.843×10-3= 602.61N
  F合力= GBC+ GCD+Pk=1281.25+602.61+473.2=2357.06 N
  作用在受力面上所产生的应力:
  σm===32.74 MPa
  σm 远小于固定支架的许用应力[σm]=130MPa
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标签:高层 燃气 气管 管道 改造 
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