摘　要：結(jié)合工程實(shí)例，采用AutoPSA應(yīng)力分析軟件，對(duì)某段跨越河流架空供熱管道的一次應(yīng)力、二次應(yīng)力、熱位移、支座反力進(jìn)行了分析計(jì)算。

關(guān)鍵詞：跨越河流；  架空敷設(shè)；　供熱管道；　應(yīng)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(xiàng)目概況與設(shè)計(jì)內(nèi)容

某市計(jì)劃敷設(shè)一條DN 1200mm的熱水供熱管道以實(shí)現(xiàn)市區(qū)南部的集中供熱，供、回水設(shè)計(jì)溫度為130、70℃，設(shè)計(jì)壓力為1.6MPa，管材為Q2358，規(guī)格為Æ1220×16，沿途需要穿越一條河流，河面寬度為35m。根據(jù)規(guī)劃部門(mén)和供熱單位的要求，穿越河流采用架空敷設(shè)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(shí)，采用設(shè)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(jiàn)圖l、2，圖中數(shù)值單位為m。點(diǎn)A、H為曲率半徑為4倍公稱(chēng)直徑的彎頭，點(diǎn)C、F為曲率半徑為2.5倍公稱(chēng)直徑的彎頭，點(diǎn)D、E為曲率半徑為1.5倍公稱(chēng)直徑的彎頭。

2　供熱管道設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1　AutoPSA應(yīng)力分析軟件

AutoPSA是一款管道應(yīng)力分析軟件，用戶通過(guò)使用簡(jiǎn)單梁?jiǎn)卧⒐芟的Ｐ?，并定義作用在管系中的載荷，軟件將計(jì)算出管系各節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力(一次應(yīng)力、二次應(yīng)力)、熱位移、支座反力等結(jié)果。一、二次應(yīng)力的判別方法依據(jù)DL／T 5366—2006《火力發(fā)電廠汽水管道應(yīng)力計(jì)算技術(shù)規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)程》)。

2.2　應(yīng)力判別方法

①一次應(yīng)力

一次應(yīng)力是由于壓力、重力及其他持續(xù)外力荷載的作用產(chǎn)生的應(yīng)力，《規(guī)程》給出的判別式為：

式中sL——一次應(yīng)力，MPa

sall,d——鋼材在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa

p——供熱管道設(shè)計(jì)壓力，MPa

Di——工作鋼管內(nèi)直徑，mm

Do——工作鋼管外直徑，mm

i——應(yīng)力增加系數(shù)，要求0.75i不小于1.0

MA——自重和其他持續(xù)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(yīng)力

二次應(yīng)力是由于熱脹、冷縮、端點(diǎn)位移荷載的作用產(chǎn)生的應(yīng)力，《規(guī)程》給出的判別式為：

式中sE—二次應(yīng)力，MPa

sall——中間計(jì)算量，名稱(chēng)定義為二次應(yīng)力的許用應(yīng)力，MPa

MC——將全補(bǔ)償值和鋼材在20℃時(shí)的彈性模量作為計(jì)算條件，由熱脹引起的合

成力矩，N·mm

f——應(yīng)力范圍的減小系數(shù)，取值方法見(jiàn)《規(guī)程》

sall,20——鋼材在20℃時(shí)的許用應(yīng)力，MPa

2.3　計(jì)算模型的建立

由于供水管承受的壓力及供熱介質(zhì)溫度比回水管高，應(yīng)力條件更加惡劣，若供水管的應(yīng)力能滿足要求，那么回水管也將符合要求，因此我們僅對(duì)供水管的應(yīng)力進(jìn)行分析計(jì)算。

目前，AutoPSA應(yīng)力分析軟件主要應(yīng)用于架空管道的應(yīng)力分析與計(jì)算。該工程穿越河流部分的管道敷設(shè)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(yīng)力分析軟件應(yīng)用在該管系中，在建立計(jì)算模型時(shí)應(yīng)對(duì)該管系進(jìn)行必要的設(shè)定。直埋管段A—C由于與架空管段D—C相連，且彎頭C外側(cè)設(shè)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(cè)的直埋管段可作為架空處理。同理，彎頭F側(cè)的直埋管段也可作為架空處理。直埋管段A—C兩側(cè)都有彎頭，因此A—C之間有一個(gè)駐點(diǎn)^[1]，且在A—C中點(diǎn)附近。由于彎頭C處與架空管段相連，變形量較大，因此駐點(diǎn)更靠近點(diǎn)A，建模時(shí)選取點(diǎn)B為駐點(diǎn)。雖然選取的駐點(diǎn)位置可能與實(shí)際稍有偏差，但對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響不大。同理，選取點(diǎn)G作為直埋管段F—H的駐點(diǎn)。在建模時(shí)駐點(diǎn)B、G可作為固定支架處理。

架空管道滑動(dòng)支架的最小間距根據(jù)強(qiáng)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(dòng)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(rèn)為是支架，在滿足跨距要求的前提下，可簡(jiǎn)化為間距為6m的活動(dòng)支架。

架空供熱管道計(jì)算模型見(jiàn)圖3，圖中數(shù)值單位為m。其中節(jié)點(diǎn)1、14為固定支架，節(jié)點(diǎn)2～13為滑動(dòng)支架，節(jié)點(diǎn)l0010、10040、10050、10080、10090、10120、10130、10160為彎頭應(yīng)力計(jì)算節(jié)點(diǎn)。

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(yīng)力計(jì)算結(jié)果

輸入數(shù)據(jù)：熱水溫度130℃，設(shè)計(jì)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(shù)可通過(guò)AutoPSA應(yīng)力分析軟件，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)調(diào)用或自動(dòng)調(diào)用。建立好的計(jì)算模型經(jīng)AutoPSA應(yīng)力分析軟件分析計(jì)算，得到一次應(yīng)力、二次應(yīng)力、熱位移、支座反力。應(yīng)力驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表1，熱位移、支座反力見(jiàn)表2。由表1可知，供熱管道各單元的一次應(yīng)力、二次應(yīng)力均滿足《規(guī)范》要求。表2數(shù)據(jù)可作為結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)桁架的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，表中負(fù)號(hào)表示方向與坐標(biāo)軸正向相反。

3　結(jié)語(yǔ)

對(duì)于該穿越河流的供熱管道工程，通過(guò)合理建模，利用AutoPSA應(yīng)力分析軟件進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，嚴(yán)謹(jǐn)設(shè)計(jì)，確保了供熱管道的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]王飛，張建偉．直埋供熱管道工程設(shè)計(jì)[M]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007：40-41．

[2]唐永進(jìn)．壓力管道應(yīng)力分析[M]．北京：中國(guó)石化出版社，2010：44-50．

本文作者：楊永峰

作者單位：安陽(yáng)益和熱力有限責(zé)任公司