管道第四章之管道的屈曲

第四章管道的屈曲分析屈曲也称为失稳，是指结构丧失了保持其原有平衡形状的能力。由于管道的薄壁、细长的结构特性，在其受力和变形条件稍有恶化时，容易产生屈曲破坏。与陆上管道相比，海底管道可能更容易发生屈曲破坏。管道产生屈曲的原因，通常有外压作用下的弹性失稳、机械作用或管道本身缺陷造成的局部屈曲、弯曲屈曲和象“压杆”一样的纵向屈曲等。弯曲屈曲U形屈曲双凹屈曲变平化屈曲屈曲分析的内容轴向屈曲地下埋设管道局部屈曲屈曲上浮屈曲海底埋设管道屈曲传播机械作用外压地下埋设管道4-1

地下管道的轴向稳定性在嵌固段，管道所受到的最大轴向力为：管道轴向稳定性的验算条件

n——安全系数，可取n=0.6~0.75。临界载荷

直线管道的挠曲微分方程式各系数分别为逆解法：假设管道失稳时的弯曲形状为可以求得失稳时，轴向位移与横向位移相比只是一个二阶小数，可忽略不计。适用于直线管道（或曲率半径1000D的弯曲管道）。

土壤的压缩抗力系数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向上弯曲时式中:

0——计算曲率半径，m；

q——管道向上位移时的土壤极限阻力，，N/m；

q0——管道所受的向下压力,，N/m；

q1——管子本身和管内流体重量，N/m；

q2——压重物（如土壤和固定支墩）的重量或锚栓对管道的拉力，N/m；n——土壤的载荷系数，n=0.8~1.2；

qcr——土壤抗管道作向上的横向位移时的临界支承力，N/m。ｑ0=q1+q2ｑ=q0+qcr土壤的临界支承力式中：γso——管顶填土的容重，N/m3；

φ——土壤内摩擦角；

C——土壤粘着力。当向上弯曲管道的轴向稳定性得不到保证时，可采用增加埋深、设置固定墩或锚固等方法。

4-2海底管线的上浮屈曲海底（或地震液化土）覆盖土层的刚性较小，管子容易因屈曲而产生向上拱的弯曲变形，称为上浮屈曲。上浮屈曲产生过量的垂直位移和塑性变形，被认为是一种失效情形。和铁路铁轨中的热胀屈曲相类似。上浮屈曲的形状临界载荷与长度两式须联立求Pcr。安全温升不同覆盖土层载荷不同摩擦系数4-3

压扁

在冲击载荷的作用下，会产生较大的塑性变形，即被压扁。

压扁的影响压扁深度大于管道直径5%时，影响清管球的通过；压扁深度大于管道直径8%时，影响管道的爆破强度；压扁处容易在疲劳载荷下产生裂纹。压扁分析的Wierzbicki（维兹比基）模式

忽略了环向弯曲和轴向拉伸的塑性相互作用；忽略了弹塑性变形的相互作用；忽略了应变硬化；假定冲击载荷作用于垂直于管道的平面内。塑性铰压扁处的位移4-4

管道在外压作用下的稳定性

对于外压作用下的管子，稳定性是必须优先考虑的因素。理想圆管的临界压力：当管子承受的外压大于临界值时，管子将不能保持圆形形状或完全坍塌。考虑实际管子不是理想的圆形，并且受环向和弯曲应力的联合作用，其临界压力值会大大减小。例：Ф273×6钢管能承受的极限外压计算结果：4-5海底抽管道猎的屈豪曲传咸播局部堤屈曲屈曲骂传播止屈裙措施1、局部屈阅曲对管子希局部屈赚曲可定夺义为：猫管子截紧面扁平至化或翘脱曲折皱竭超过规岁定的限害度。实际赢管子绪存在哑残余内的椭获圆度逝，而右且还颜可能牲产生纲显著浓的塑株性变池形。薪因此支，管滑道的彩失稳度的临伪界外迈压是雪材料精屈服您极限敞的函弦数。考虑颠实际惑管子姓不可骆能是明理想却的圆叼形，脊并且景受环棍向和溪弯曲钻应力顶的联健合作坦用，螺其临粮界压品力值粪会大统大减舟小。Mcr和pcr分别显是管犹道单乱独受旱弯曲弓和外财压时产的临本界值戒。2、屈曲传岭播管道的旧局部屈雾曲可以妄传播，累传播的滤速度异扫常迅速夏，屈曲抬传播的压长度有待几百米采至上千粒米。屈曲阵起始拐压力甚和屈慎曲传壳播压纹力。屈曲发生屈曲传播屈曲传播停止一旦造成管道屈曲，肯定传播管道银的屈朋曲传挺播压他力的过确定亿（试刮验和鼓理论芝研究声）传播压揉力只取扯决于屈谱服极限映和径厚倚比。Bat坦tel转leDNV3、止屈器为了庆防止灭屈曲姜和屈堂曲的善传播替，可招以采窝取以扫下两粮种措殊施：加大全辨线管壁午厚度：批可行，押但不经赶济管道匆局部服加厚绳，或巩采用裹止屈抽器，份使屈高曲传懒播只线限于般两止娱屈器允之间盲。止屈呀器的坝形式a）活动肥式（哈套筒扣式）祥屈曲帮限制办器；b）厚壁管楚筒式（骄或整体馋式）屈食曲限制秆器；c）焊接荡固定泊式屈般曲限赛制器材。本章垃小结几种陪常见萝的屈榨服形额式有毁：轴课向屈哭曲、巡寿上浮悄屈曲炎、压红扁、耐外压速下的库屈曲康、屈卸曲传苦播等丧；陆上责管道挂的屈拌曲验殖算的尼安全裂系数表取0.6咽0~0度.75锤;在陆厦地管谦道的涂屈曲船分析语中需动要考岗虑土锣壤刚详度的臂影响逃；按猫考虑君管道厚的弯贺曲曲杀率和页不考馅虑管紧道的蜻弯曲赞曲率妈两种框情形控考虑进。海底烫管道刮的上尽浮屈稀曲中施存在徒安全撕温升馋；管道检有临故界外扛压；