管道第四章之管道的屈曲分析28

第四章章管管道道的屈屈曲分分析屈曲也也称为为失稳稳，是是指结结构丧丧失了了保持持其原原有平平衡形形状的的能力力。由于管管道的的薄壁壁、细细长的的结构构特性性，在在其受受力和和变形形条件件稍有有恶化化时，，容易易产生生屈曲曲破坏坏。与陆上上管道道相比比，海海底管管道可可能更更容易易发生生屈曲曲破坏坏。管道产产生屈屈曲的的原因因，通通常有有外压压作用用下的的弹性性失稳稳、机机械作作用或或管道道本身身缺陷陷造成成的局局部屈屈曲、、弯曲曲屈曲曲和象象“压压杆””一样样的纵纵向屈屈曲等等。弯曲屈屈曲U形屈曲曲双凹屈屈曲变平化化屈曲曲屈曲分分析的的内容容轴向屈屈曲地下埋埋设管管道局部屈屈曲屈曲上浮屈屈曲海底埋埋设管管道屈曲传传播机械作作用外压地下埋埋设管管道4-1地下管管道的的轴向向稳定定性在嵌固固段，，管道道所受受到的的最大大轴向向力为为：管道轴轴向稳稳定性性的验验算条条件n——安全系系数，，可取取n=0.6~0.75。临界载载荷直线管管道的的挠曲曲微分分方程程式各系数分别为逆解法法：假假设管管道失失稳时时的弯弯曲形形状为为可以求求得失稳时时，轴轴向位位移与与横向向位移移相比比只是是一个个二阶阶小数数，可可忽略略不计计。适用于于直线线管道道（或或曲率率半径径1000D的弯曲曲管道道）。。土壤的的压缩缩抗力力系数数K0土壤性质土壤名称K0,kgf/cm3密度小的土壤中等密度的土壤

泥煤土流砂软湿土新填砂压实砂砾石湿粘土0.05~0.10.1~0.50.1~0.50.1~0.50.5~5.00.5~5.00.5~5.0向上弯弯曲时时式中:0——计算曲曲率半半径，，m；q——管道向向上位位移时时的土土壤极极限阻阻力，，，N/m；q0——管道所所受的的向下下压力力,，N/m；q1——管子本本身和和管内内流体体重量量，N/m；q2——压重物物（如如土壤壤和固固定支支墩））的重重量或或锚栓栓对管管道的的拉力力，N/m；n——土壤的的载荷荷系数数，n=0.8~1.2；qcr——土壤抗抗管道道作向向上的的横向向位移移时的的临界界支承承力，，N/m。ｑ0=q1+q2ｑ=q0+qcr土壤的的临界界支承承力式中：：γso——管顶填填土的的容重重，N/m3；φ——土壤内内摩擦擦角；；C——土壤粘粘着力力。当向上上弯曲曲管道道的轴轴向稳稳定性性得不不到保保证时时，可可采用用增加加埋深深、设设置固固定墩墩或锚锚固等等方法法。4-2海底管管线的的上浮浮屈曲曲海底（（或地地震液液化土土）覆覆盖土土层的的刚性性较小小，管管子容容易因因屈曲曲而产产生向向上拱拱的弯弯曲变变形，，称为为上浮浮屈曲曲。上浮屈屈曲产产生过过量的的垂直直位移移和塑塑性变变形，，被认认为是是一种种失效效情形形。和铁路路铁轨轨中的的热胀胀屈曲曲相类类似。。上浮屈屈曲的的形状状临界载载荷与与长度度两式须须联立立求Pcr。安全温温升不同覆覆盖土土层载载荷不同摩摩擦系系数4-3压扁在冲击击载荷荷的作作用下下，会会产生生较大大的塑塑性变变形，，即被被压扁扁。压扁的的影响响压扁深深度大大于管管道直直径5%时，影影响清清管球球的通通过；；压扁深深度大大于管管道直直径8%时，影影响管管道的的爆破破强度度；压扁处处容易易在疲疲劳载载荷下下产生生裂纹纹。压扁分分析的的Wierzbicki（维兹兹比基基）模式忽略了了环向向弯曲曲和轴轴向拉拉伸的的塑性性相互互作用用；忽略了了弹塑塑性变变形的的相互互作用用；忽略了了应变变硬化化；假定冲冲击载载荷作作用于于垂直直于管管道的的平面面内。。塑性铰压扁处处的位位移4-4管道在在外压压作用用下的的稳定定性对于外外压作作用下下的管管子，，稳定定性是是必须须优先先考虑虑的因因素。。理想圆圆管的的临界界压力力：当管子子承受受的外外压大大于临临界值值时，，管子子将不不能保保持圆圆形形形状或或完全全坍塌塌。考虑实实际管管子不不是理理想的的圆形形，并并且受受环向向和弯弯曲应应力的的联合合作用用，其其临界界压力力值会会大大大减小小。例：Ф273×6钢管能承受的的极限外压计算结果：4-5海底管道的屈屈曲传播局部屈曲屈曲传播止屈措施1、局部屈曲对管子局部屈屈曲可定义为为：管子截面面扁平化或翘翘曲折皱超过过规定的限度度。实际管子存在在残余的椭圆圆度，而且还还可能产生显显著的塑性变变形。因此，，管道的失稳稳的临界外压压是材料屈服服极限的函数数。考虑实际管子子不可能是理理想的圆形，，并且受环向向和弯曲应力力的联合作用用，其临界压压力值会大大大减小。Mcr和pcr分别是管道单单独受弯曲和和外压时的临临界值。2、屈曲传播管道的局部屈屈曲可以传播播，传播的速速度异常迅速速，屈曲传播播的长度有几几百米至上千千米。屈曲起始压力力和屈曲传播播压力。屈曲发生屈曲传播屈曲传播停止一旦造成管道屈曲，肯定传播管道的屈曲传传播压力的确确定（试验和和理论研究））传播压力只取取决于屈服极极限和径厚比比。BattelleDNV3、止屈器为了防止屈曲曲和屈曲的传传播，可以采采取以下两种种措施：加大全线管壁壁厚度：可行行，但不经济济管道局部加厚厚，或采用止止屈器，使屈屈曲传播只限限于两止屈器器之间。止屈器的形式式a）活动式（套筒筒式）屈曲限限制器；b）厚壁管筒式（（或整体式））屈曲限制器器；c）焊接固定式屈屈曲限制器。。本章小结几种常见的屈屈服形式有：：轴向屈曲、、上浮屈曲、、压扁、外压压下的屈曲、、屈曲传播等等；陆上管道的屈屈曲验算的安安全系数取0.60~0.75;在陆地管道的的屈曲分析中中需要考虑土土壤刚度的