架空供热管道AutoPSA软件设计计算_技术研究

摘要

摘　要：结合工程实例，采用AutoPSA应力分析软件，对某段跨越河流架空供热管道的一次应力、二次应力、热位移、支座反力进行了分析计算。关键词：跨越河流；架空敷设；　供热管道；　应

摘　要：结合工程实例，采用AutoPSA应力分析软件，对某段跨越河流架空供热管道的一次应力、二次应力、热位移、支座反力进行了分析计算。

关键词：跨越河流；架空敷设；　供热管道；　应力分析

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　项目概况与设计内容

某市计划敷设一条DN 1200mm的热水供热管道以实现市区南部的集中供热，供、回水设计温度为130、70℃，设计压力为1.6MPa，管材为Q2358，规格为Æ1220×16，沿途需要穿越一条河流，河面宽度为35m。根据规划部门和供热单位的要求，穿越河流采用架空敷设方式。北岸原有一条供热管道，为了躲避该供热管道，北岸新建供热管道的管顶覆土深度为3.03m，南岸供热管道管顶覆土深度为1.5m。

在河流两岸的桁架施工时，采用设置围堰的方式，以防河水渗入工作基坑。供热管道的平面及立面图分别见图l、2，图中数值单位为m。点A、H为曲率半径为4倍公称直径的弯头，点C、F为曲率半径为2.5倍公称直径的弯头，点D、E为曲率半径为1.5倍公称直径的弯头。

2　供热管道设计计算

2.1　AutoPSA应力分析软件

AutoPSA是一款管道应力分析软件，用户通过使用简单梁单元建立管系模型，并定义作用在管系中的载荷，软件将计算出管系各节点的应力(一次应力、二次应力)、热位移、支座反力等结果。一、二次应力的判别方法依据DL／T 5366—2006《火力发电厂汽水管道应力计算技术规程》(以下简称《规程》)。

2.2　应力判别方法

①一次应力

一次应力是由于压力、重力及其他持续外力荷载的作用产生的应力，《规程》给出的判别式为：

式中sL——一次应力，MPa

sall,d——钢材在设计温度下的许用应力，MPa

p——供热管道设计压力，MPa

Di——工作钢管内直径，mm

Do——工作钢管外直径，mm

i——应力增加系数，要求0.75i不小于1.0

MA——自重和其他持续外载作用在管子截面上的合成力矩，N·mm

W—管子截面抗弯矩，mm³

②二次应力

二次应力是由于热胀、冷缩、端点位移荷载的作用产生的应力，《规程》给出的判别式为：

式中sE—二次应力，MPa

sall——中间计算量，名称定义为二次应力的许用应力，MPa

MC——将全补偿值和钢材在20℃时的弹性模量作为计算条件，由热胀引起的合

成力矩，N·mm

f——应力范围的减小系数，取值方法见《规程》

sall,20——钢材在20℃时的许用应力，MPa

2.3　计算模型的建立

由于供水管承受的压力及供热介质温度比回水管高，应力条件更加恶劣，若供水管的应力能满足要求，那么回水管也将符合要求，因此我们仅对供水管的应力进行分析计算。

目前，AutoPSA应力分析软件主要应用于架空管道的应力分析与计算。该工程穿越河流部分的管道敷设方式主要为架空方式，河两岸的供热管道为直埋形式。为了能将AutoPSA应力分析软件应用在该管系中，在建立计算模型时应对该管系进行必要的设定。直埋管段A—C由于与架空管段D—C相连，且弯头C外侧设置了泡沫垫，使弯头能够自由伸缩，靠近该弯头的直埋管道所受的土壤反力较小。因此，弯头C侧的直埋管段可作为架空处理。同理，弯头F侧的直埋管段也可作为架空处理。直埋管段A—C两侧都有弯头，因此A—C之间有一个驻点^[1]，且在A—C中点附近。由于弯头C处与架空管段相连，变形量较大，因此驻点更靠近点A，建模时选取点B为驻点。虽然选取的驻点位置可能与实际稍有偏差，但对计算结果的影响不大。同理，选取点G作为直埋管段F—H的驻点。在建模时驻点B、G可作为固定支架处理。

架空管道滑动支架的最小间距根据强度条件及刚度条件确定(取较小值)^[2]，并考虑桁架的均匀受力，最终确定管段D—E的滑动支架间距为6m。直埋管段B—C、F—G由于有土壤的均匀支撑，处处都可以认为是支架，在满足跨距要求的前提下，可简化为间距为6m的活动支架。

架空供热管道计算模型见图3，图中数值单位为m。其中节点1、14为固定支架，节点2～13为滑动支架，节点l0010、10040、10050、10080、10090、10120、10130、10160为弯头应力计算节点。

安装温度为10℃，供热前最低室外温度为5℃。

2.4　供热管道的应力计算结果

输入数据：热水温度130℃，设计压力1.6MPa，管材Q2358，管道外直径1220mm，直管壁厚16mm，弯头壁厚18mm。其他参数可通过AutoPSA应力分析软件，实现手动调用或自动调用。建立好的计算模型经AutoPSA应力分析软件分析计算，得到一次应力、二次应力、热位移、支座反力。应力验算结果见表1，热位移、支座反力见表2。由表1可知，供热管道各单元的一次应力、二次应力均满足《规范》要求。表2数据可作为结构专业设计桁架的基础数据，表中负号表示方向与坐标轴正向相反。