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黑夾克保溫管安全狀態(tài)的分析:
對于 DN500 以上的大口徑直埋供熱管道,與小口徑的直埋管道設計中強度計算原理是相同的,都需要通過強度驗算看管道能否處于安全狀態(tài),但對于大口徑直埋管道在設計中除了按照《城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術規(guī)程》中規(guī)定對管道進行強度條件計算外,通過對管道安全狀態(tài)的分析,還應考慮管道局部失穩(wěn)、截面橢圓變形等的影響,這兩點在 DN500 以下小口徑直埋管道設計中往往是可以不考慮的。下面對黑夾克保溫管的安全狀態(tài)進行詳細分析:
1 強度失效
根據(jù)作用的不同(荷載)的不同,管道中的應力可以分為一次應力、二次應力和峰值應力,每種應力都可以引起不同方式的破壞。
a) 塑性流動:內(nèi)壓產(chǎn)生的一次應力,滿足靜力平衡條件,所引起的變形具有非自限性。當一次應力超過屈服應力時,管壁會產(chǎn)生較大的塑性變形(塑性流動),塑性變形的進一步增加,可導致爆裂或
b) 循環(huán)塑性變形:溫度變化產(chǎn)生的二次應力,滿足變形協(xié)調(diào)條件,所引起的變形具有自限性,變形的同時總能使應力下降,反過來又使變形不在發(fā)展,故二次應力只會產(chǎn)生有限的塑性變形。然而,這種塑性變形會造成管壁內(nèi)部結(jié)構一定程度的損傷,循環(huán)往復的塑性變形將使管道發(fā)生破損。在管道的使用期間內(nèi),當循環(huán)變化的壓力和溫度所產(chǎn)生應力(一次應力及二次應力)變化范圍超過了兩倍的屈服應力時,將產(chǎn)生循環(huán)塑性破壞(在升溫過程中的壓縮塑性變形和在降溫過程中的拉伸塑性變形)。
c) 疲勞破壞:應力集中通常發(fā)生在彎頭、折角、大小頭及三通等管件處。在溫度和壓力變化過程中,應力集中引起的峰值應力,只在很小的局部范圍內(nèi)產(chǎn)生循環(huán)塑性變形。一方面,該區(qū)域是被彈性區(qū)域包圍的,故不會引起爆裂或斷裂;另一方面,塑性變形對鋼材的損傷作用,使管道經(jīng)歷了一定的運行周期后,產(chǎn)生疲勞破壞。峰值應力的變化范圍越大,疲勞破壞所經(jīng)歷的周期就越短。
2 穩(wěn)定失效
從整個管線看,管道屬于桿件;從管道局部看,管道屬于薄壁殼體。當熱力管道處于受壓狀態(tài)時,將可能出現(xiàn)兩種不同方式失穩(wěn)破壞。整體失穩(wěn):在軸向壓應力作用下,由于壓桿效應,可能會引起管線的整體失穩(wěn)。局部失穩(wěn):在軸向壓應力作用下,管壁可能出現(xiàn)局部皺結(jié),引起局部失穩(wěn)。除上述失效方式外,橫斷面上的土壤荷載和交通荷載也會使管道截面產(chǎn)生橢圓化變形,過大的橢圓化變形也會使管道產(chǎn)生破壞。
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