GB∕T 29165.3-2023 石油天然气工业 玻璃纤维增强塑料管 第3部分：系统设计（正式版）

石油天然气工业玻璃纤维增强塑料管第3部分：系统设计Petroleumandnaturalg2023-11-27发布2024-03-01实施IGB/T29165.3—2023/ISO14692-3:2017前言 Ⅲ引言 V 2规范性引用文件 4系统布置要求 4.1通则 4.2空间要求 4.3系统支撑 4.4用于清理作业的隔离装置及通道 44.5薄弱点 4.6火灾和爆炸 5水力学设计 5.1通则 5.2流动特性 5.3限制流速的因素 5.4侵蚀 5.5水锤 6设计包络线的生成 6.1分项系数 6.2载荷分项系数(f₂) 6.3分项系数的组合及取值 86.4设计包络线 7应力分析 7.1分析方法 97.2管道应力分析软件 7.3分析要求 7.4挠度因素 7.5压力增强因素 7.6管件建模 7.7容许挠度 7.8容许应力 7.9外部压力 7.10轴向压缩载荷(屈曲) 7.11纵向压力膨胀 ⅡGB/T29165.3—2023/ISO14692-3:20178其他设计方面 8.1防火性能 8.2静电 9安装方和运行方档案 附录A(规范性)循环服役分项系数(A₃) A.1概述 A.3相关理论背景 20附录B(规范性)挠度系数和应力强化系数 B.2挠度系数 B.3应力强化系数 B.4管件建模 B.5可选组合载荷试验 参考文献 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件为GB/T29165《石油天然气工业玻璃纤维增强塑料管》的第3部分。GB/T29165已经发布了以下部分：——第2部分：评定与制造；——第4部分：装配、安装与运行。本文件代替GB/T29165.3—2015《石油天然气工业玻璃纤维增强塑料管第3部分：系统设计》。与GB/T29165.3—2015相比，除结构调整和编a)更改了第5章“系统布置要求”的内容，删除了接头的选择、静电放电控制和电化学腐蚀等内容(见第4章，2015年版的第5章);b)更改了第6章“水力学设计”的内容，增加了水力瞬态模拟分析和真空断路器等内容(见第5章，2015年版的第6章);c)更改了第7章“结构设计”的内容，删除了概述、制造商的压力等级、评定压力、因数化评定压力、系统设计压力、载荷要求、允许位移、评定应力和因数化应力等内容，对载荷产生的计算应力极限值和失效包络线的确定等内容进行了优化修改(见第6章，2015年版的第7章);d)更改了第8章“应力分析”的内容，删除了外部压力/真空、热载荷、内压产生的应力、管道支撑产生的应力等内容，增加了管道应力分析软件、灵活性因素、压力增强因素、管道建模、容许挠度、容许压力、外部压力、纵向压力膨胀等内容(见第7章，2015年版的第8章);e)增加了管道的预估垂直挠度计算中管道刚度的确定方法(见7.7.2);f)增加了管道的预估垂直挠度计算中挠度滞后系数、管道上的垂直土壤荷载、管道上的动荷载、德丁系数、复合土壤约束模量的确定方法(见7.7.2);g)增加了环向应力综合计算中形状系数的取值方法(见7.8);h)更改了第11章“安装和运行方档案”的内容，删除了检验规划的要求(见第9章，2015年版的第11章);i)增加了附录A“循环服役分项系数A₃”(见附录A);j)增加了循环长期强度系数f.确定方法(见A.2);k)删除了附录D“挠度分析指南”(见2015年版的附录D);1)删除了附录E“大口径充液管道的支撑应力计算”(见2015年版的附录E)。本文件等同采用ISO14692-3:2017《石油天然气工业玻璃纤维增强塑料管第3部分：系统设由于ISO标准印刷错误，本文件做了下列最小编辑性改动。a)ISO14692.3:2017图1流程框中引用章或条编号标注有误，第1框～第7框中，本文件依次分别修改为“见第4章”“见第5章”“见第2部分第4章”"见第6章""见第7章""见7.7和7.8"b)ISO14692.3:2017图2中符号X和Y的标引序号说明未给出，本文件予以补充，X——循环次数和Y——循环加载比。d)ISO14692.3:20175.4.2中DNVRP0501引用标准号有误，本文件修改为DNVRPO501。参考文献中作相应修改。图3标引序号3和4未给出说明，本文件补充为3——环向应力(σn)和请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国石油天然气标准化技术委员会(SAC/TC355)提出并归口。本文件起草单位：中国石油集团工程材料研究院有限公司、新疆中石油管业工程有限公司、辐基斯(青岛)复合材料管道有限公司、胜利新大新材料股份有限公司、中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司、中国石油化工股份有限公司西北油田分公司。本文件于2015年首次发布，本次为第一次修订。V玻璃纤维增强塑料管是一种以玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂为基体材料的复合塑料管，在石油天然气行业中得到了广泛应用。为了规范玻璃纤维增强塑料管的设计、制造、评定与运行，制定了石油天然气工业玻璃纤维增强塑料管的系列技术文件。GB/T29165《石油天然气工业玻璃纤维增强塑料管》旨在为石油天然气行业提供各方认可的玻璃纤维增强塑料管的基础术语、材料、评定、制造、设计、装配、安装和运行的标准。根据玻璃纤维增强塑料管全服役周期的各阶段的特点，如应用及——第1部分：词汇、符号、应用及材料。目的是为其余三个部分提供基础术语和符号的信息，并对应用范围和材料进行了规定和要求。——第2部分：评定与制造。目的是为玻璃纤维增强塑料(GRP)的系统设计、装配和按照提供质量评定和产品制造。——第3部分：系统设计。目的是为整个玻璃纤维增强塑料(GRP)管道系统管路提供系统设计。——第4部分：装配、安装与运行。目的是为玻璃纤维增强塑料(GRP)系统的施工方和用户提供指导。1石油天然气工业玻璃纤维增强塑料管第3部分：系统设计本文件规定了玻璃纤维增强塑料管系统设计的规范。本文件适用于玻璃纤维增强塑料管系统设计中的系统布置、水力学设计、结构设计、应力分析、防火及静电控制等。本文件与GB/T29165.1—2022配合使用。本文件的使用指南见图1,该图是GB/T29165.1—2022表1中第5步和第6步的详细流程图。审查系统布局审查系统布局(见第4章)水力学设计(见第5章)29165.2—2022收集数据(见第2部分第4确定f₂,生成设计包络线(见第6章)应力分析(见第7章)验证应力和变形量是否在允许范围内(见7.7和7.8)验证其他载荷(屈曲载荷、外部压力)(见7.9和7.10)验证防火性能和静电要求(见第8章)图1本文件使用指南22规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T29165.1—2022石油天然气工业玻璃纤维增强塑料管第1部分：词汇、符号、应用及材GB/T29165.2—2022石油天然气工业玻璃纤维增强塑料管第2部分：评定与制造ASTMD2412用平行板荷载测定塑料管外部荷载特性的标准测试方法(Standardtestmethodfordeterminationofexternalloadingcharacteristicsofplasticpipebyparallel-plateloading)ASTMD2992—1996玻璃纤维(玻璃纤维增强热固性树脂)管及配件静水压设计基准标准实施规程[Standardpracticeforobtaininghydrostaticorpressuredesignbasisforfiberglass(glforcedthermosetting-resin)pipeandAWWA手册M45玻璃纤维增强塑料管设计(Fiberglasspipedesign)GB/T29165.1—2022界定的术语、定义、符号和缩略语适用于本文件。4系统布置要求玻璃纤维增强塑料(GRP)管道的尺寸、管件及材料种类的选择可能会受制造商生产能力的限制，因此在设计阶段宜尽早明确产品应用要求。在选择制造商时，宜将其所能提供的工程支持作为一个关键因素。设计管道系统时宜最大限度地采用预制管串以减少现场工作量。管串尺寸宜考虑以下因素影响：——现场运输和装卸设备的限制；——管串安装和配套设施安装限制；——安装时配合公差的限制(“切割至适合”要求)。设计方应评估与制造商提供的专有管道系统性能相关的系统布局要求，包括但不限于以下内容：a)轴向热膨胀要求；b)紫外线辐射和耐候性要求；d)连接系统要求；e)支撑要求；f)用于维护或隔离的要求；g)舱体和甲板之间的连接；h)吊装时舱体弯曲要求；i)便于将来可能的维修和连接；j)安装及使用过程中管道损坏的风险级别；k)防火性能；31)静电控制。水压试验是评估系统完整性最可靠的方法。系统设计宜使GRP管道系统中局部管道在安装结束后可立即进行水压试验，避免出现大型GRP管道系统施工结束时再进行整体水压试验过程中出现问题而影响项目整体工期进度的情况。4.2空间要求设计方应为某些GRP管道组件比钢制组件更大的空间。与同等金属组件相比，部分GRP管件通常具有铺设长度长、体积大的特点，因此更易受空间限制。工厂内预制管串而非现场组装单个管件能够减少现场组装空间受限问题。当空间受限时，宜考虑对GRP管道组件及金属组件进行优化设计。GRP管道系统可采用与金属管道系统相同的支撑原理，但由于管道系统的特性，用于金属管道的标准尺寸支撑可能与GRP管道外径并不匹配。以下要求和建议适用于系统支撑的使用。a)支撑间隔不应使管道系统在设计使用寿命期间发生下垂(长期服役后发生过度偏移)和/或过度振动。b)支撑应按照制造商的指南设计。c)当管道固定可靠时，长距离铺设可采用低模量材料以控制轴向膨胀，且无需采用膨胀节。此时，内部压力引起的轴向膨胀已受限制，相应的推力荷载部分转移到固定支撑上。d)阀门或其他重型附属设备应进行支撑，必要时采用独立支撑。在评估阀门质量时，还应将阀动扭矩纳入评估范围。注：由于阀门通常与远离管道中心线的重型控制机构装配在一起，容易形成过大弯曲载荷及扭转载荷。e)除非设计方同意，GRP管道不应用于支撑其他管道。f)GRP管道应进行支撑，以确保其连接软管接入公共设施或加载站时不会因材料应力过大而导致拔脱。管道支撑可分为滑动式管道支撑和固定式管道支撑两类。以下要求和建议适用于GRP管道的支撑。a)支撑应保证足够的长度，并应采用弹性材料或其他软质材料做支撑衬垫以避免损伤受支撑的管道。b)不应出现点荷载。可通过使用60°以上接触的支撑来实现。c)夹紧力不应压损管道，安装不当会导致管道局部压损，夹紧力过大会导致管道环向压损。d)支撑宜安装在直管段，而非装在管件或连接处。在弯头或三通(或管段)上可直接使用“假腿”防火GRP管道的支撑结构应进行特殊设计。支撑如果安装在防火涂层的外部，会导致载荷通过涂层时发生不规则传递，引发剪切/挤压损伤，破坏支撑完整性。与膨胀型涂层直接接触的支撑也会影响涂层的性能(即阻止涂层在火灾下膨胀)。可将支撑涂上膨胀型涂层，以保护支撑处的管道。应在滑动式管道支撑上设置鞍座板、弹性材料或金属片等耐磨损装置。固定式管道支撑应在不对GRP管道材料造成过载的情况下，将所需的轴向载荷传递至管道。宜将4固定夹板设置在一个压在管道外表面的止推环上或两组双180°的鞍架之间，与管道的外表面粘接在一起。宜使用制造商的标准鞍座并应按标准工序粘接。4.4用于清理作业的隔离装置及通道设计方宜预先设置用于管道维护的隔离装置及通道，例如用于清除排水管中的污垢及阻塞物的通道。宜在设计阶段注明用于隔离或通道的接头，并将接头设置在便于将法兰用千斤顶顶开的位置，不宜设置在两个固定支撑之间的短管上。4.5薄弱点点载荷应最少化，必要时对GRP管道进行局部增强。设计方应评估GRP管道在安装及使用中不当操作的风险，以及长期抗冲击的需求。不当操作的起源主要包括：a)管道被人蹬踏或作为支撑；b)坠落物的冲击；c)管路可能被邻近吊运活动(例如吊杆、载荷、缆绳、绳索或链条)损坏；d)附近或上部空间焊接活动产生的焊熔金属飞溅引起的损坏。小型管道支管(例如仪器及通风管)等容易遭受剪切破坏部位，宜设计加固角板以减少隐患。必要时宜设计防冲击装置以保护管道及防火涂层。4.5.3与邻近设备及管道的动态响应及相互作用管件的相对运动可导致GRP管道应力过大，设计方应予以考虑。必要时应采用柔性管件。设计方宜确保GRP管道(与碳钢管道系统相比)对不同动态响应产生的振动不会导致支撑产生磨损或支管应力过大。设计方宜保证GRP管道的支撑足以承受由于瞬时压力波动(例如压力安全阀操作及阀门关闭等)导致的冲击荷载。参考文献[8]对此提供了进一步的指导。当GRP管道受到阳光照射时，设计方应评估是否需要采用防紫外线措施以防止树脂表面降解。如果GRP管道采用半透明材料，设计方宜考虑在管道外部喷漆以防止管道内慢速流动的水中滋生藻类。设计方应评估低温对管道材料性能的影响，例如冻结/解冻的影响。当输送液体时，设计方宜重点考虑内部流体的冰点。对于完全注满的管道，内部液体的凝固会发生体积膨胀，从而导致GRP管道破裂或失效。对于供水管道，凝固或冻结过程中体积膨胀更易使GRP管道失效。管道可通过保温和/或表面电加热处理避免寒冷天气下的冻结，以保证内部流体流动。设计方应评估以下因素影响：a)保温材料的质量及增加的截面面积所产生的附加载荷；b)确保表面电加热不会使管道温度高于其最高额定使用温度。宜将电伴热螺旋式缠绕到GRP管道上，以便热量均匀地分布到管壁四周。可通过预先将铝箔包缠到管道上的方式改善热量分布。54.6火灾和爆炸应评估火灾(包括爆炸)对系统布置要求的影响。对具有耐火要求的GRP管道系统进行布置设计时考虑的潜在事项包括：a)爆炸超压、阻力和弹丸撞击；b)接头及支撑的耐火性；c)与金属固定物之间的界面；d)在含有滞水的管道中形成蒸汽疏水器，以减少水对热的传导；e)喷射火焰；f)载人空间、逃生路线或人员有危险区域内管道的放热和火焰蔓延；g)载人空间、逃生路线或人员危险区域管道的烟气排放、可见度和毒性。为防止烟气及火焰通过、背火面温度升高和保持结构完整性，穿越(舱壁、防水壁、甲板)不应减弱穿越部位性能。因此，穿越部位应符合对相关危险区域的要求，对考虑使用特种GRP管道工程的穿越应进行耐火试验和认证。5水力学设计5.1通则水力学设计旨在保证GRP管道系统能在其预期使用寿命内输送额定速度、压力及温度的流体。管道公5.2流动特性估算压力损失时应评估流体速度、密度、管道及管件内表面粗糙度、管道长度、管道内径、阀门及管件阻力的影响。与金属管道相比，GRP管道的内表面光滑，压力损失较小，但是存在过多的胶珠时会增加管道压力损失。5.3限制流速的因素设计者在选择GRP管道系统流速时，应评估以下能够限制系统流速的因素所造成的影响：a)最大允许压力损失；b)防止泵和阀产生气蚀；c)防止瞬时过载(水锤);d)减少侵蚀；e)减少噪声；f)减少阀门等组件的磨损；g)管道直径及几何结构(惯性载荷)。对于典型GRP管道，连续使用情况下液体的平均线性流速为1m/s～5m/s,瞬时流速不超过10m/s。对于气体而言，连续使用情况下其平均线性流速为1m/s～10m/s,瞬时流速不超过20m/s。当限制流速的因素已消除或得到控制时，例如设置排放到大气的排气系统时，可采用更高的流速。下列因素影响GRP管道对侵蚀的敏感程度：6b)管路构造；d)颗粒与流体的比例；e)气蚀当管材抗侵蚀性能不明确时，设计方应咨询制造商并考虑降低流速。GRP管道的抗侵蚀性能与流体中颗粒含量密切相关。设计方应评估流体中颗粒含量并相应降低最大平均流速。对于GRP管道而言，最严重的侵蚀损坏通常发生在硬粒子撞击角在45°~90°之间的部详细阐述了与侵蚀相关的问题。湍流对GRP管道侵蚀速率的影响取决于流体速度及颗粒含量。设计方设计管路构造时应评估湍流速度及潜在的侵蚀风险。为尽量减少对GRP管道系统的侵蚀损坏，应避免以下情况：a)流向的突然变化；b)局部流动受限或湍流引发体，例如在接头内部残留的过多胶黏剂(胶黏剂凝珠)。GRP管道因气蚀易导致快速损坏。管道系统有时会形成气蚀条件，设计具有较高流速系统时更易发生这种情况。气蚀可能出现的位置包括：分段弯头、三通及变径管件的弯角处、偏心安装垫圈的法兰以及涂有过多胶黏剂的连接部位。设计方应采用标准方法预测气蚀可能出现的部位(例如控制阀),并采用必要措施确保正常使用时不会出现气蚀。5.5水锤GRP管道对水锤引起的压力突变及失衡力的敏感性取决于其压力值和发生频率。在预期会发生压力突变的情况下，应进行全面的水力瞬态模拟分析以确定GRP管道是否对水锤敏感。分析应包括初始启动、开阀、水泵试验及冲洗软管等所有预期操作条件。如果水锤风险极大，设计方应采用标准方法确保瞬时压力不超过水压试验压力。产生水锤的主要原因为阀门的快速关闭。管线越长，流体流速越快，产生冲击载荷越大。冲击载荷通常会使管道内部出现振动。与同压力等级钢管相比，由于GRP管道轴向弹性模量较低，因此其纵向振动更大。水力瞬态模拟分析可以确认是否需要使用真空断路器以防止形成真空条件和蒸汽空蚀。正确的选择真空断路器(也称为空气真空阀)的尺寸可以有效防止水柱分离，减少水锤效应。真空断路器的尺寸和位置至关重要，为确保其有效性，所选位置应能使空气迅速进入，所选尺寸应适应在安装期间由于空气压缩而产生的巨大压力。排气通常可采用排气和空气真空阀组合方式。6设计包络线的生成6.1分项系数A₀为设计寿命分项系数，当进行非20年设计寿命计算时，用于将长期包络线缩小到设计包络线。7A₀由公式(1)定义：式中：t——设计寿命，单位为小时(h);Gxx——××℃时回归曲线斜率。A₀应不大于1.0。耐化学性分项系数A₂应用于将长期包络线缩小到设计包络线以考虑化学降解的影响。按照GB/T29165.2—2022中4.5.2取值。6.1.3疲劳载荷和循环载荷循环服役分项系数A₃应用于将长期包络线缩小到设计包络线，并按照图2和附录A进行计算得到。X标引序号说明：1——全静载荷；2——全循环载荷；X——循环次数；Y——循环加载比。图2A₃为循环次数和载荷比值的函数6.2载荷分项系数(f₂)载荷分项系数f₂用于评估持续载荷，应通过考虑与管道系统相关的运行条件及风险确定。用于特殊管道系统的分项系数值应由用户指定。f₂的推荐典型值为：a)持续荷载条件下为0.67;b)持续荷载加上自限位移条件为0.83;c)偶然荷载条件下为0.89。8表1提供了GRP管道系统承受不同载荷时f₂典型推荐值。设计方在确定荷载工况时应有自由裁量权。表1GRP管道系统承受载荷时分项系数典型推荐值持续持续+自限位移偶然工作和持续的内部、外部或真空压力，最大工作压力(MOP),Paes热引发的载荷，电表面加热或其他伴热方法水压试验和其他偶然压力水锤或其他压力突变压力安全阀释放管道自重、管道保温质量、防火质量、输送介质质量、浮力、其他系统载荷安装曲率半径(绳索)临时车辆交通荷载对埋地管道的影响持续惯性荷载(如每日波浪作用、船舶运动、涨潮期间的不稳定、运行期间的其他运动)操作条件引起的支撑位移(如操作期间船体弯曲)埋地管道长期垂直变形引起的环向弯曲偶然惯性荷载(如运输、风暴等期间的运动)地震引起的水平和垂直力由于外界条件(如提升过程中的弯曲)引起的支撑位移环境载荷，冰土壤载荷(埋深)绝热冷负荷土壤沉降埋地管道上的车辆交通载荷风(偶然的情况，如暴风雨)——混凝土密封爆破超压不稳定条件下的热致载荷注1:根据当地环境，有些情况，如冰雪，可能被认为是持续的，也可能是偶然的。注2:持续十自限位移，旨在涵盖持续荷载和自限位同时发生的荷载情况。注3:土壤沉降视为持续+自限位移荷载。注4:在埋地系统中，可能需要在明沟(即非埋地)条件下评估水压试验荷载情况。注5:在埋地系统中，荷载自限是基于稳定土壤的。6.3分项系数的组合及取值设计方应确定荷载情况的适用组合。对于现场水压试验加载情况，A。、A₂和A₃应为1.0,f₂应为0.89。根据以下公式构建各自的设计包络线。设计包络线应基于公式(2)～公式(7),如图3所示：σhAes21=f₂×A。×A₂×A₃×σh.LT.2:1.x (2)GaAe.21=f₂×A。×A₂×A₃×σaLT.211.xx (3)Gh.desRtst=f₂×A。×A₂×A₃×σh.LT,Rtt,xx (4)GadesRtas=f2×Ao×A₂×A₃×oaLT,Rtst,xx (5)σaAes.o1=f₂×A₀×A₂×A₃×oa.LT.at₁.xx (6)σmdO-1=1.25×f₂×A。×A₂×A₃×oado f₂——载荷分项系数；A。——设计寿命分项系数；9A₂——耐化学性分项系数；A₃——循环服役分项系数；GmLT.2!1.××——在××℃时，无约束，液压(2:1)条件下，长期包络轴向应力，单位为兆帕(MPa);GLT:2'1.××——在××℃时，无约束，液压(2:1)条件下，长期包络环向应力，单位为兆帕(MPa);oLTo!1.××——在××℃时，纯轴向载荷条件下长期包络轴向应力，单位为兆帕(MPa)注：本文件中的设计程序是基于在任何载荷条件下，管件和接头强度不低于直管的前提。然而，在某些管件和接头的制造工艺方法中，增强层纤维缠绕角度可能与直管增强层纤维缠绕典型的55°缠绕角相差很大。因此，在轴向和环向上具有等量增强层的管件或接头的长期包络线的理论形状更接近于矩形，甚至接近于正方形。使用不同于管道的工艺方法会对长期包络线、设计包络线和f₃系数产生影响。在某些情况下，管件或接头在轴向上的强度明显大于纤维缠绕的直管，但在环向上强度较低。反之亦然。为了满足管件和接头强度不低于直管的前提，可能需要额外加固、增加壁厚或其他提高强度的方法。标引序号说明：1——长期包络线；2——设计包络线；图3长期包络线和设计包络线之间的关系7.1分析方法管道系统的结构分析应采用人工或计算机方法。但是，分析程度取决于下列因素，a)管道工程的灵活性；b)管路布局的复杂性；c)管道支撑；d)管道直径；e)温度变化幅度；f)系统极端条件和失效风险评估。7.2管道应力分析软件目前所有的管线和管道的应力分析软件都是从等距“柱状图”开始的。除使用应力分析软件外，内压引起环向应力和轴向应力分别计算。在使用应力分析软件进行管线和管道的应力分析时，使用“梁单元”来计算外部施加力矩引起的轴向弯曲应力和外部施加轴向力引起的轴向应力。整体力和力矩转换为局部轴向力和弯矩。由于应力值较低，因此忽略垂直于管壁的平面外剪力。在对管道系统的分析中，计算的应力均基于管壁特性，使用梁单元对整个等距“柱状图”中的管壁特性进行建模。然后，使用默认的轴向应力强化系数和每个部件的轴向挠度系数修改计算出的管道响应(应力和挠度),以便模拟或预测部件(管件或接头)的性能与基于管壁响应的分析中的计算值之间的关系。默认的轴向应力强化系数说明了在R=0～R=2.0载荷施加情况下部件的未知性能。真实或测量的轴向应力强化系数能由制造商通过R的1000h鉴定试验来确定。由于所有构件均在R=2.0时合格，所以构件不需要环向压力修正。本文件将环向和轴向的计算应力与“梯形设计包络线”进行了比较。该包络线定义了轴向和环向应力的允许组合。其他标准可能会报告冯·米塞斯(VonMises)应力或最大剪应力，如由莫尔圆确定的剪应力。这些报告或计算的应力与复合材料等各向异性材料无关，仅适用于钢等各向同性材料。因此，涉及这些应力的设计标准(如BS7159)不宜作为设计规范。7.3分析要求设计方应基于系统的临界性能和由于操作或材料因素导致的失效风险对整个管道系统进行评估，以评估对挠度/应力分析的需要。应检查固定(支撑)载荷是否超出支撑结构最大允许支撑载荷。注2:由于制造工艺的特性，GRP管道的尺寸通常以内径和壁厚表征。7.4挠度因素GRP管道的弯头和三通的挠度系数按照附录B确定。7.5压力增强因素GRP弯头和三通的轴向应力增强系数(平面内和平面外)应为：——1.5;由于所有部件均应符合GB/T29165.2—2022中的鉴定程序，其中包括R=2.0试验产生的环向应力，因此任何部件都不需要环向应力强化系数。法兰、异径管或管接头无对应的应力强化系数。由于所有部件都符合GB/T29165.2—2022中的鉴定程序，因此不需要压力应力乘数。关于应力强化系数的附加信息见附录B。对于最大压力等级(MPR)等于直管的管件，应在应力分析中使用管道的尺寸特性(ID、trmin)对管件进行建模，而非管件的尺寸特性。对于MPR不同于直管的管件，应在应力分析中使用等效额定管道的尺寸特性(ID、trmin)对管件示例：200NB管道系统由额定压力1MPa的直管和额定压力2MPa的管件组成。额定压力1MPa组件中的最小增强层厚，直管为3.0mm,弯头为5.0mm。额定压力2MPa组件中的最小增强层壁厚，直管为6.0mm,弯头为10.0mm。那么,管件在应力分析中建模壁厚为6.0mm,即等效额定值(2MPa)管道的壁厚。一些用于应力分析的软件将三通和其他分支作为一个单一的节点(交叉点)来建模，这种建模方式T形三通进行正确建模，则需要设计方为T形三通建立3个节点模型。为简单起见，可接受对三通的7.7容许挠度对于地上管道系统，垂直挠度不应大于12.5mm或跨度/支撑间距的0.5%,二者取其中较小值。如果上述要求不大于制造商推荐的最小支撑间距，则挠度应控制在上述范围内。运行方和制造商应达管道的预估垂直挠度△y除以Dr.min,结果应不大于5%:…………………W₁——管道上的动荷载，单位为牛顿每平方米(N/m²)[见AWWA手册M45(第二版)中PS——管道刚度，单位为千帕(kPa)(按照ASTMD2412进行平行板荷载试验，垂直直径减注1:公式(9)与AWWA手册M45(第二版)相似，公式(5)～公式(8)中Dr.mn代替D。注2:除了5%的限值外，不需要将管道的预估垂直挠度与任何许用垂直挠度进行校核。7.8中将采用公式(10)~公式(12)校核组合应力。注3:挠度滞后系数的含义是将管道的短期挠度转换为几年后的长期挠度。挠度的增加是来自土拱损失引起的覆盖层荷载增加[见AWWA手册M45(第二版)中5.7.3.3]。虽然理论上认为大部分挠度增加发生在几个月(甚至几周)内，但在水压试验情况下，将挠度滞后系数包括在内是不合适的。如果管道未回填，设计方一般选择将水压试验荷载情况下的D₁设置为1.0。7.8容许应力 (10) 式中：re——复测系数(P≤3时rc=1-P/3,P>3时re=0)D形状系数[见AWWA手册M45(第二版),表1];△y/D-min——管道的预估垂直挠度[见公式(9)];Eb——环向弯曲模量，单位为兆帕(MPa)。注1:由于内部压力和埋设条件的综合影响，即使在产品的设计性能范围内使用，工程系统的环向应力的总和也可能超出设计范围。此时，设计方可能需要选择MPR更高的产品、降低产品额定性能、降低设计条件、减少因土荷载引起的应力或从制造商处获取更多的设计包络线的数据点。注2:σhu项通过挠度和Eh计算。注意不是基于ASTMD5365或ASTMD3681的方法进行长期测试得到的数据。上述标准的试验方法只适用于环向加载(采用了自由端接头),破坏模式可能是纤维断裂。而这种仅在环向加载的管道不在本文件的范围内(连接方法是约束性连接)。由于样品仅在环向加载，根据ASTMD5365和ASTMD3681获得的应变或应力将远高于ASTMD2992—1996的预测值。所以，本文件不使用ASTMD5365和ASTMD3681中的数据。注3:σm项可以是正值(拉伸)或负值(压缩),但在应力计算中只需考虑拉伸分量。注4:凹陷回圆系数(内压的函数)从理论上解释了环弯曲应力随着内压的增加而减少。管道刚安装完时，由于土壤的质量，管道会发生偏转，这是初始弯曲应变。当管道施加内压时，部分应变会被消除。AWWA手册M45中的公式用于估算给定压力下的弯曲应变与初始弯曲应变的比值。对于大直径、低压额定压力的管道，R。可能是水压试验荷载的一个重要参数，但对于高压、厚壁的管道可能不需要考虑R。。注5:挠度是一个埋地管道设计时需要控制的重要参数。土壤荷载、动荷载、土壤特性(最重要的是刚度)和管道刚度都对计算(或预估)管道的垂直挠度有直接影响。AWWA手册M45指出理论预测的管道垂直挠度可以提供与现场实际挠度不同。在AWWA手册M45(第二版)5.7.3.2中也指出：经验表明，如果未达到设计假设，挠度水平可能高于或低于计算预测值。因此，AWWA手册M45建议采用管道的许用垂直挠度(通常设置为5%,作为平均管径的一部分)用于计算。本文件规定在计算由土荷载引起的环向弯曲应力时，用△y代替δa。注6:D;是一个用于描述在埋地管道发生偏转的条件下管道形状与理想椭圆偏差的系数。该系数是通过测量不同管道刚度的埋地管道在不同土壤条件下的局部形状变化来确定的，不是派生数。轴向应力总和应通过公式(13)～公式(21)确定：对于轴向约束管道：GB/T29165.3—2023/ISO14692-3:2017P——内压，单位为兆帕(MPa);ID,——管体增强层的内径，单位为毫米(mm);ODrmin——管体增强层的最小外径，单位为毫米(mm);σm——内压引起的轴向应力，用公式(14)或公式(15)计算，单位为兆帕(MPa);σh——弯矩导致的轴向应力，单位为兆帕(MPa)σa——外力导致的轴向应力，单位为兆帕(MPa)σ——扭曲或其他弯曲对管道产生轴向应力，单位为兆帕(MPa);σa——完全受约束的管路系统中热载荷引起的轴向应力，单位为兆帕(MPa);vah——次泊松比，轴向应力引起的环向应变；SIF——轴向面内应力强化系数；SIF。——轴向面外应力强化系数；M;——面内弯矩，单位为牛顿米(N·m);M。——面外弯矩，单位为牛顿米(N·m);Z,——管壁最小增强层的轴向截面模量，单位为四次方毫米(mm⁴);F₄——局部轴向力，单位为牛顿(N);A,——管体增强层最小横截面积，单位为平方毫米(mm²);C——安装曲率半径，单位为米(m);E。——轴向拉伸模量，单位为兆帕(MPa);α₄——轴向热膨胀系数，单位为毫米每毫米每摄氏度[mm/(mm/℃)];Timal——安装温度，单位为摄氏度(℃);Taesgn——设计温度，单位为摄氏度(℃)。注7:σa仅出现在轴向伸长受限的管道系统中。在其他系统中(例如在膨胀回路或转弯变向的管路中),管道受热轴向伸长会产生反作用力和力矩，需要进行适当的分析。注8:假定温度变化不会产生环向应力分量。注9:将承受内压的管道视为无约束管道，随着压力的增加管道会轴向伸长。在端部加上轴向荷载成为完全约束的系统后，端部轴向荷载将使管道恢复到其原始长度(即，完全约束系统的长度不变)。该方法为无约束、锚固和埋地管道系统的分析提供了统一的方法。以类似的方式，将受温度变化影响的管道视为无约束管道，随着温度的升高管道会轴向伸长。在端部加上轴向端荷载成为完全受约束的系统后，将使管道恢复其原始长度。假设温度变化不会产生环向应力分量。注10:假定受约束管道仅在轴向受到约束，在环向方向没有约束。在长距离埋地的管道中，累积的轴向摩擦力会阻止管道发生轴向移动。但是在环向上，典型土壤的弹性模量远低于管环向的弹性模量，对管道的约束作用不大。因此，由内压计算出的无约束和有约束管道的环向应力是相同的。但是，根据内压计算的轴向应力仅包括受约束管道的泊松效应。对于例外情况，如包埋在混凝土中的管道，内部压力无法产生环向应力时，有关方向约束的假设可能会产生一个保守的设计，以保持安全。注11:σa可视为σ的一种形式，不重复使用。σ用于完全约束的管道系统(地上或埋地)。σb通常包括管道方向相反对应两侧的拉应力和压应力，可能是顶部/底部或左侧/右侧。因此，应对每个平面上的应力进行适当的求和(注意每个应力是正应力还是负应力),并根据公式(21)确定两个总和的矢量和：GB/T29165.3—2023/ISO14692-3:2017注13:上述指南中提到的约束和不受约束指的是系统的安装类型，而非接头类型(例如层压或粘合接头为约束接头)。对于每个荷载情况，环向应力和轴向应力之和应在设计包络范围内。7.9外部压力管体和管件的刚度应抵抗真空和/或外部压力荷载。最小刚度可抵抗安全系数F。为1.5的短期真空(例如通过上游阀门的操作)。易受长期真空和/或外部压力荷载影响的管道，其刚度应抵抗诱导荷载，安全系数F。为3.0。GRP管道的外部压溃压力P。,单位为兆帕(MPa),应采用公式(22)计算，该公式假定管道长度明式中：Enh——环向弯曲模量，单位为兆帕(MPa);trmin——管壁增强层最小壁厚，单位为毫米(mm);Drmin——管体最小增强层的平均直径，单位为毫米(mm)。7.10轴向压缩载荷(屈曲)7.10.1壳体屈曲圆筒在纯弯曲情况下的轴向弹性屈曲应力σ,单位为兆帕(MPa),按公式(23)计算：trmin——管壁增强层最小壁厚，单位为毫米(mm);Drmin——管体最小增强层的平均直径，单位为毫米(mm)。β值由公式(24)得出：轴向弹性屈曲应力与σb之比应不小于3.0:7.10.2欧拉(Euler)屈曲对于轴向压缩系统载荷，例如有约束的热膨胀或带有端部压缩载荷的垂直管串，与已知长度(L)的无支撑管道，轴向压缩荷载不应超过Famx,单位为牛顿(N),使用公式(27)定义：GB/T29165.3—2023/ISO14692-3:2017式中：I₁——管体最小增强层的惯性矩，单位为四次方毫米(mm⁴);L——无支撑管道的长度，单位为米(m);E——轴向拉伸模量，单位为兆帕(MPa)。等效欧拉屈曲应力σ,单位为兆帕(MPa),由公式(28)给出：Famax——最大轴向压缩载荷，单位为牛顿(N);A,——管体增强层最小横截面积，单位为平方毫米(mm²)。等效欧拉屈曲应力与最大压应力之比应不小于3.0:)式中：σu.e——等效欧拉屈曲应力，单位为兆帕(MPa);σacmp——管道无支撑长度上的最大压应力，单位为兆帕(MPa)。注3:设计方可能需要考虑内压引起的欧拉屈曲(即水流是导致屈曲的原因)。理论上，该屈曲压力等效于提供了“虚拟”轴向压力推力荷载，该轴向压力推力荷载等于欧拉屈曲荷载。这种现象可能发生在小口径地上管道系统中。7.10.3屈曲压力-埋地管道埋地管道的外部径向应力(σm.b),单位为兆帕(MPa),应采用公式(30)或公式(31)计算：式中：γw——水的重度，9800N/m³;hw——埋地管道顶部以上水面高度，单位为米(m);Rw——水浮力系数；))Wc——管道上的垂直土壤荷载，单位为牛顿每平方米(N/m²)[见AWWA手册M45(第二版),W₁——管道上的动荷载，单位为牛顿每平方米(N/m²)[见AWWA手册M45(第二版)第5.7.3.6;如果不存在动荷载，设计方应选择将W₁=0设置为水压试验荷载情况];P、——内部真空压力，单位为兆帕(MPa)(按大气压力减去管道内的绝对压力计算)。在任何单一荷载情况下，通常不会同时考虑动荷载和内部真空。容许屈曲应力(o),单位为兆帕(MPa),由公式(32)计算：式中：C。——用于解释某些非线性效应的标量校准因子，取值0.55;Eb——环向弯曲模量，单位为兆帕(MPa);trmin——管壁增强层最小壁厚，单位为毫米(mm);φ、——表征压实土壤刚度变化的系数，如果没有其他数据可用，取值0.9M、——约束土壤模量，单位为兆帕(MPa)[见WWA手册M45(第二版)5.7.3.8];k√——土壤泊松比的模量修正系数。σ与σb之比，外部径向压力应不小于2.5:式中：σa——容许屈曲应力，单位为兆帕(MPa);7.10.4隆起屈曲压力对于在高温或高压下运行的埋地管道，隆起屈曲是一个常见的设计问题。由于运行条件对管道施加较大的轴向压力时，管道有向上屈曲的趋势。为了防止隆起屈曲，管道的埋深深度应使土壤覆盖层能够提供足够的抗隆起力。设计人员在设计时应选择合理方法应对埋地管道的隆起屈曲。7.11纵向压力膨胀式中σn,ayg采用不同的计算方法，由公式(35)确定：以及σapavg采用不同的计算方法，由公式(36)确定：注：弹性响应与管壁的平均应力有关。8其他设计方面8.1防火性能8.1.1通则设计方应确定对管道系统防火性能的要求。防火性能包括以下特性：a)耐火性；b)燃烧反应。耐火性是指在燃烧过程中特定时间内某一结构元件或组件作为隔离物或结构组件继续发挥其功效的能力。燃烧反应性能与材料和点火时间相关，表面火焰蔓延特征包括焖燃、明火后燃烧和热、烟、毒气排放比。如果管道不符合规定的耐火性及燃烧反应性能要求，设计方应选择以下替代方案：——重新设计线路以减少或消除火灾危险；——采用替代材料；——采用适当的防火涂层。如果采用防火涂层，设计方应评估涂层应用的可靠性及其在服役寿命周期内保持其功效的能力。设计方应按照GB/T29165.2—2022中5.5.4中给出的防火分类规范，分配管道系统所需的防火性能。整个管道系统无需具有相同的防火等级。应根据安全条件下确定的设备总耐火时间和/或财产保护要求评估防火要求。如针对最严重的火灾危险，如喷射火焰，仅影响管道一小部分的情况下，设计方应选择使用防护屏蔽。GRP管道组件的耐火性应按委托方及权威机构认可的GB/T29165.2—2022中附录H规定的相应方法确定。设计人员还应评估以下因素的影响：a)管道及管件的走向；b)管道内流体状态(例如干燥、滞流或流动);c)在管道内形成疏水阀的可能性，即水所提供的冷却效果会在局部消失；d)穿越处的防火性能；e)与金属管件(例如阀门及支撑夹板)接触并可将热量传导至GRP管道组件的界面应选择采用防火涂层；f)支撑在火灾中过早失效的风险，该风险可导致管道承受附加应力；g)将GB/T29165.2—2022中附录H中评定防火性能时采用的长度与支撑跨距相比较，必要时设计方应减少跨距或增加壁厚以确保管道在火灾中自重状态下可以保持其完整性。注：GRP管道中树脂的热解属于吸热过程，可以吸收火焰热量并延缓温度升高。此外，树脂热解后有利于形成绝热炭化层，从而保护底层材料。因此，GRP管道可以在很长一段时间内保证良好的耐火性。对于非防火供水管，管壁处水的缓慢渗漏可以降低管道的表面温度，是GRP管道具有耐火性的重要因素，但设计方应确保渗漏造成的流体损失不会降低系统性能。当内部为除水外的其他流体时，GRP管道的耐火性可能有所不同，例如产出液、乙二醇、柴油管道及封闭式排污管，设计方应确保GRP管道在这些条件下具有规定的防火性，防火性可能要求进行风险分析或附加试验。燃烧反应包括下列性能：a)易燃性；b)表面火焰蔓延特性；c)热释放率；d)烟气排放；e)毒气排放。确定防火涂层的性能时，设计方应评估下列因素的影响。a)管道安装区域的火灾风险(火灾区域)和火灾类型。b)管道的类型、等级和直径。c)采用的连接系统。d)管道处于干燥状态或含有滞流水或流动水。e)惰性防火涂层的类型及厚度。f)长期气候、盐水、温度及紫外线辐射的影响。h)涂层及管路的液体吸收性能。如果用于盐水、石油或舱底污水等环境下，涂层的防火性能不应降低。i)涂层在现场条件下附着性及界面液体滞留的影响。涂层的附着力应能保证其在附着力试验中不剥落、碎裂或成粉末状。j)易于维修防火涂层宜由制造商在工厂涂装。使用防火材料以达到火焰蔓延、烟度及毒性要求，其作用对管道结构应是永久性的。现场涂层施工应只限于安装目的，例如现场接头和管道支撑。在设计过程中，应评估GRP管道系统中可能的静电积聚和随后的排放所造成的影响。影响静电积聚的因素包括：a)管板的导电性；b)输送流体的电导率；d)湍流；e)环境湿度；f)非导电介质(例如风、蒸汽等)的外部冲击；g)管道与流体的界面。GRP管道的内外部或线路中的绝缘金属部件上均可能产生静电电荷。电荷积累后放电产生的火花可能会刺穿管壁，点燃周围的爆炸性环境，或在存在足够空气的情况下点燃易燃的管道介质。因此，当使用GRP管道系统输送能够产生静电放电的流体(静电蓄积体)或在危险区域(即故障条件下可能含有爆炸性环境的区域)使用GRP管道系统时，应评估这些风险。实际上，电导率小于1000pS/m的流体被认为是不导电的，因而能够产生静电电荷，精炼产品和馏分属于此类，因此用于输送这些液体的管道应具有导电性。流体电导率大于1000pS/m被认为是静电非蓄积体，因此当位于非危险区域时，可以通过不具有特殊导电性能的管道输送。如果由于流体不导电而需要导电管道，则GRP管道的体积电阻率不应超过10³Ωm。无论输送是什么介质，如果管道穿过危险区域，应确认GRP管道是否导电。如果在危险区域需要导电管道，其表面电阻率不应超过10⁵Ω/m²。注1:危险区域的定义见GB/T29165.1—2022。此定义可能不同于国际电工委员会(IEC)或国家电气规范(NEC)中的定义。注2:最近的研究(见参考文献[9]和[10])表明，非导电GRP管道在甲醇中的放电不足以引燃甲醇，其放电能量约为引燃典型碳氢化合物能量的一半。因此，在危险区域引燃性放电的风险主要是由于管道上电气隔离的大尺寸金属物体，而不是GRP管道本身。管道系统中任何一点的接地电阻不应超过10⁶Ω。此外，如果GRP管道中没有足够的电气路径，金属管件和机械接头应单独接地。关于控制静电放电风险的进一步细节，宜参考APIRP2003。9安装方和运行方档案系统设计方应提供安装及运行人员使用的必要资料，这些资料应包括但不限于。a)运行及设计参数：1)设计压力；2)设计温度；3)表征固化程度的性能指标；4)每个组件的MPR;5)每个管道系统的平均和最大流速条件；6)耐化学性限制(如适用);7)消除或控制水锤及气蚀的方法(如适用);8)防火等级和防火管道的位置(如适用);9)导电性分类、导电管道位置、接地漏电/接地要求及接地点的位置；10)临界条件。b)重型设备的系统图纸和支撑要求。c)管道回路中连接终端接头的最佳位置(如适用)。d)管段早期压力试验指南(如适用)。(规范性)A.1概述A₃是压力循环变化影响的降容系数。本附录描述了A₃公式的来源。A.2计算A₃的公式可根据公式(A.1)替代图表方法来确定A₃:循环长期强度系数f.定义为分别在100000h(静荷载)和150000000次循环(循环荷载)下的投影应力值之比。这些值应按照ASTMD2992—1996程序A(循环)和B(当Rc>0.4,A₃按照公式(A.2)进当Rc≤0.4,A₃按照公式(A.3)进行计算：A₃应大于或等于1/f.。如果计算值为0.9～1.0,A₃应为1.0。在7000次或更少循环时，A₃应为A.3相关理论背景根据图2可得到R=0.4曲线。该曲线是按照ASTMD2992—1996程序A得到的循环回归线，所回归与循环回归比值的默认值为4.0,这是基于实际测试数据而得出的保守值。使用150000000次循环的循环回归与100000h的静态回归的比值时，在静态回归的基础上叠加循环回归(即两者的化学降解暴露时间相同)是必要的。注意循环回归的值没有安全系数(标称回归线)。原因是A₃将降容系数叠加在静态退化之上，静态退化值是一个置信度下限值(LCL应力),并在不同载荷情况下应用f₂进行设第一条裂纹出现后，会逐渐扩展导致失效。循环试验的应变极限确定了第一次裂纹的出现条件。较小的应变极限不会与静态回归线相交，因此树脂基体在横向载荷作用下的开裂机理，将适用于持续20年的使用寿命。限就不会有进一步的循环疲劳，因此需要进一步校核树脂的极限应变。然而，54°层合管道的应力不只是在纤维方向，还包括垂直纤维方向上受力。根据复合材料理论，提供正轴(沿纤维方向)应变，就会产生偏轴(垂直于纤维方向)负应变，反之亦然。因此，在纤维方向上测试得到单向板疲劳数值对54°层合板的疲劳或树脂应变极限没有什么指导意义，因为54°层合板是双向加载的，会产生与纤维的方向相交的应变和应力。A.3.2疲劳极限Battelle从众多管道制造商收集的数据中发现，疲劳极限值在10⁸次～10°次循环之间。来自Talreja的数据也说明了树脂中应变的疲劳极限，这两个值具有很强的相关性。基于上述两项数据，疲劳极限被设定为150000000次循环，这也是从ASTMD2992—1996程序A得到的预测值。A.3.3循环回归率与循环加载比(Rc)关于循环回归率随循环加载比(Rc)的增加而变化的数据并不多。然而，Battelle数据确实表明，随着荷载比的增加，回归速度(斜率)变慢。目前可用的有限数据支持当前的推荐值。注：如何解释全循环载荷和部分循环载荷是循环服役分项系数A₃最薄弱的部分。任何未来的数据或理论都可能改进A₃的方法，但目前的数值在有限的Battelle数据中得到了支持。(规范性)挠度系数和应力强化系数B.1通则挠度系数应适用于弯头和三通。轴向应力强化系数(面内和面外)应适用于弯头和三通。由于所有组件都按照GB/T29165.2—2022进行了认证，其中包括R=2.0试验产生的环/轴向应力，因此不宜对任何组件使用环向应力强化系数。法兰、异径管或管接头无对应的应力强化系数。由于所有组件都按照GB/T29165.2—2022进行了认证，因此不需要压力应力乘子。B.2挠度系数B.2.1一般注意事项挠度系数描述了直管段或直管与弯头(或三通)之间的轴向弯曲刚度关系。假设直管和弯头(或三通)具有相同的直径和壁厚，并承受相同的弯矩，挠度系数大于1.0表示弯头(或三通)的刚性不如直管(柔性比直管更好，会有更大的偏转)。复合材料弯头或三通的刚度通常低于直管，因为在弯头或三通发生弯曲时，截面形状会改变(即不再是圆形)。横截面的变化减小了惯性矩，从而降低了刚度。ASMEB31.3和BS7159提供了不同管件挠度系数的经验公式。挠度系数的公式仅基于组件的几何结构。在确定挠度系数时，应合理解决GRP弯头和三通等若干问题，如：a)GRP是各向异性材料，其环向模量通常高于轴向模量。与轴向模量和环向模量相同的各向同性材料相比，GRP的横截面变化通常小于各向同性材料的变化。b)弯头的厚度通常大于直管的厚度。而且通常在弯头的拐点处，内弧侧和外弧侧壁厚更大。c)直管与弯头接口处的材料重叠会产生硬化效应。研究成果表明弯头的刚度比经验公式计算的要高得多(即挠度系数要低得多)(见参考文献[11])。注：不正确的挠度系数可能会对管道系统中的应力计算产生重大影响。与应力强化系数不同，远高于实际值的挠度系数不一定是保守的。B.2.2弯头的挠度系数公式(B.1)～公式(B.5)中给出的计算确定弯头的挠度系数(xp),首先根据构件本身确定，然后转换为可用于管道分析计算机程序的全局挠度系数。通过局部挠度系数乘以(E。I)pi/(E。I)bend。受内压影响，GRP弯头的挠度系数(xp)基于管道系数(λp)和轴向压力修正系数(δ。),λi由公式(B.1)给出：式中：th——弯头参考层压板的平均壁厚，单位为毫米(mm);D;——弯头加强体的内径，单位为毫米(mm);R,——平均管道弯曲半径，单位为毫米(mm)。标引符号说明：tpe——管道壁厚，单位为毫米(mm)a——层合过渡斜坡段的角度；b——层合与弯头重叠段的角度。标引符号说明：tbad——弯头壁厚，单位为毫米(mm);tbl——承口端部厚度，单位为毫米(mm);a——弯头壁厚段的角度；b——承口端部壁厚段的角度。GB/T29165.3—2023/ISO14692-3:2017参见图B.1或图B.2以及公式(B.2)确定弯头的the:式中：P—-内压，单位为兆帕(MPa);Eh.hnd——弯头的环向模量，单位为兆帕(MPa)。平弯头的挠度系数是λ的函数：…(B.3)对于手糊弯头，系数0.7应替换为1.0。斜接弯头的挠度系数是λ,的函数：……………(B.5)式中：Eaig——所附管道的轴向模量，单位为兆帕(MPa);Eahn——弯头的轴向模量，单位为兆帕(MPa)。壁厚比被视为面积二阶矩之比的近似值。如果弯头的模量未知，可使用管道的轴向模量代替弯头的轴向模量。根据经验，在k,上设置了一个上限，对于平弯头或斜接弯头，该值应不大于3。B.2.3三通的挠度系数三通的挠度系数应为1.0。B.3应力强化系数应力强化系数(SIFs)描述了直管和弯头/三通之间的失效应力关系。在基于梁的有限元分析中，挠度系数影响刚度矩阵，而应力强化系数通常用于修正组件的计算应力。对于金属合金，应力强化系数是Markl通过在薄壁钢管、弯头和三通等管件上进行位移控制疲劳试验得到的。由于GRP的疲劳行为可能与钢有很大的不同，Mark1的应力强化系数在GRP的分析中几乎没有价值。此外，由于以下原因，GRP应力强化系数试验数据的可用性会受到如下限制。a)弯头/三通的制造方法在产品之间和制造商之间发生变化(例如螺旋/纤维缠绕与手工铺设/层合)。b)接头类型将随着制造方法的不同而变化，从而导致接头处的应力集中程度不同。c)弯头/三通的材质特性与它们所附着的直管的材质特性不同。d)弯头/三通的材质特性在管件中不一致。e)配件的壁厚因制造商和制造方法而异。此外，管件本身的壁厚也会有所不同(例如，弯头内侧的壁厚和外侧不同)。BS7159中的SIFs基于Kitching和Bond的工作得到的。提供了弯头、三通和异径三通的面内和面外的SIFs,还提供了内压修正系数。SIFs基于管道系数，该系数是弯头/三通的几何结构和尺寸的函数。在1989年出版了BS7159后，BS7159起草工作组以及Hose和Myler进行了补充完善(见参考文献[12]～[15])。基于以下原因，这些系数宜谨慎使用：a)研究成果表明(见参考文献[11]),GRP弯头的刚度可能会大于直管；b)自1989年以来，一些制造工艺发生了变化，导致直管的壁厚减小，但有时管件的厚度几乎没有变化；c)关于弯头和三通管的应力强化系数的许多信息都与其等效直管的特性有关，而这些特性可能无法代表弯头或三通的特性。一种行业惯例是对所有弯头和三通使用2.2～2.5之间的轴向应力强化系数，即面内和面外的应力强化系数(见参考文献[16])。然而，这种原理是基于管件壁厚与实际壁厚的建模，而非等效直管的壁厚。本文件中的原理是用其等效额定直管壁厚来模拟管件壁厚。因此，不能根据管件的实际壁厚，直接比较本文件中的默认应力强化系数和其他应力强化系数。管件的设计将主要基于管件比其所连接的直管强度更高(使用近似材料和近似压力等级的管道)。的压力等级会高于管件。接头的有效失效和允许应力包络将被证明在任何地方(即对于所有的R比)都等于或大于相关的直管是被期望出现的情况。其中“相关”是指对管件进行试验的直管(类似压力等级)(“参比”管)。因为管件已进行过强度高于直管的校核，且通常管件会使用到压力等级更低的管道上，因此在强度设计中可以安全地忽略这些管件，就像可以忽略管体的接头一样。在特殊的安装情况下，例如在船用储罐底部的特殊装置，可以利用额外的管壁厚度来增加自由跨距或提高对外部压力的抵抗力，但不需要增加管件的压力等级。此时，管件的强度可能不如其所附着的直管，因此在设计中不能忽略。宜根据直管的强度和性能对管件进行设计。管件将被建模为短梁构件，其内径(ID)和外径(OD)与参比直管相同(管件换算的直管强度可不高于连接的直管),弹性特性和材料强度也与参比直管相同。在管件末端节点处，应力分析模型将从实际相邻的直管截面和特性过渡到参考管道尺寸和特性。可使用参比直管的ID、OD和弹性特性以及管件的两端尺寸对管件进行建模。提供将用于管件的参比直管的许用设计包线细节。制造商将这些库文件提供给设计方使用是被期望出现的情况。将提供SIFs(数值待定),以考虑末端节点的应力。这些应力强化系数可能主要基于接头类型，而不是接头本身。注意，鉴于评定标准，接头本身不应要求SIFs。应力分析软件将计算交点和端点节点处的相关参比管道应力(而不是管件中的实际应力)。管件的符合性检查将根据参比管道规范应力和参比管道容许应力包络线进行。应力分析软件将计算端点节点处相邻管道的应力，并应用应力强化系数。管道的符合性检查将根据相邻管道规范应力和相邻管道容许应力包络线进行。这种设计方法将正确处理使用附加管壁厚度来增加自由跨距或提高抗外部压力的情况。有关弯头和三通管建模的建议方法，见图B.3。GB/T29165.3—2023/ISO标引符号说明：1——直管；2——管件；图B.3弯头和三通的建议设计方法B.5可选组合载荷试验制造商可选择进行组合荷载试验，而不是使用默认的SIFs值。试验的目的是对直管和弯头或三通进行1000h的面内弯曲存活试验，使R在0.5～1.0之间。与GB/T29165.2—2022B.2.3中R存活试验一样，环向应力(σh.thr.Sts)和轴向应力(σa,thr.SItes)试验，构件应分别符合公式(B.6)和公式(B.7)。这样会得到不大于1.0的R比率。GRP管道在R条件下的等效1000h试验压力Pr10oo,sF,能取公式(B.8)和公式(B.9)的较高值：………………(B.8)…………(B.9)注：由于直管和管件(弯头或三通)都要进行试验，因此需要计算直管和管件的试验压力。通过使用这两个值中的较高值，两个组件的最小应力要求都可得到满足。在公式(B.8)中，试样的实际尺寸是必需的。对于玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂管(GRUP)和玻璃纤维增强乙烯基酯化树脂管(GRVE),将rd₁ooo.ss替换为rd₁oo.21。本试验的温度应与GB/T29165.2—2022中B.2.2管道R存活试验中的温度相同。本试验的面内弯矩M应满足公式(B.7)和公式(B.10)的要求：29165.3—2023/ISO式中：rd₁oo.65rd₁oo.21Pr1ooo,stFM——65℃时1000h～20年的缩放比；——21℃时1000h～20年的缩放比；ts——1000h试验期间施加的压力，单位为兆帕(MPa);——管壁增强层最小壁厚(参考管基于管件MPR),单位为毫米(mm);——管体最小增强层的平均直径(参考管基于管件MPR),单位为毫米(mm); 施加在试样上的面内弯矩，单位为牛顿米(N·m);——管壁最小增强层的轴向截面模量，单位为四次方毫米(mm⁴)。对于玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂管(GRUP)和玻璃纤维增强乙烯基酯化树脂管(GRVE),将如果直管、管件和接头通过了这一组合载荷测试，SIFs为1.0。如果任一部件未能通过这一组合载荷测试，制造商可以在一个更低的弯矩下重复测试。如果直管、管件和接头在更低的弯矩下通过测试，制造商