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1、压力管道道开孔补补强分析析胡长庆陈陈 凌 (中冶赛赛迪公司司动力设设计部动动力研究究室 重庆 40000133 )摘要针对冶冶金行业业大管道道开孔的的补强，本本文通过过Anssys111.00对冶金金行业中中常见的的人字接接管和斜斜接管进进行了补补强分析析，详细细比较了了不同补补强方式式对接管管结构应应力集中中的影响响，为冶冶金行业业接管补补强的选选择提供供了理论论依据，具具有较为为重要的的意义。关键词词人字字接管 斜接管管 等面面积补强强 控制制变形补补强1 引引言管道结构构广泛应应用于冶冶金、动动力、石石油、化化工及机机械等行行业，是是许多工工厂的重重要组成成部分。为了满足使用需要，管道上
2、通常需要开孔接管或连接三通，这样就造成管道的不连续，局部存在应力集中。对于冶金金行业来来说，存存在大量量管道与与管道之之间的斜斜接以及及连通结结构，这这些结构构形式相相对比较较复杂，在研究究中除了了考虑载载荷工况况、直径径大小外外，还需需要考虑虑接管交交角对结结构强度度的影响响，目前前对其的的应力分分析主要要靠经验验进行1,22,3；另外外，冶金金行业里里的接管管大都直直径较大大，管道道开孔相相贯处的的强度削削弱极为为明显。因因此，研研究管道道开孔的的补强，是是具有较较为重要要的实际际意义的的。本文文以两个个工程实实例4,5为对象象，对冶冶金行业业中常见见的人字字接管和和斜接管管的开孔补补强进
3、行行了详细细的分析析，为冶冶金行业业接管补补强的选选择提供供了理论论依据。2 研研究背景景开孔补强强设计是是压力容容器设计计6中的一一个重要要部分，开开孔除削削弱器壁壁的强度度外，在在壳体和和接管的的连接处处，由于于结构的的连续性性被破坏坏，会产产生很高高的局部部应力集集中，导导致该区区域薄弱弱而易发发生失效效，给压压力容器器的安全全运行带带来隐患患甚至出出现事故故。在冶冶金工程程的管道道设计中中，管道道往往开开孔就是是大开孔孔，或者者接管主主管等直直径，或或者接管管比主管管略小，在在这些情情况下，接接管和主主管的相相贯处强强度削弱弱极为明明显7。图1为宝宝钢工程程中煤气气管道两两种典型型的接
4、管管方式示示意，(a)为为人字接接管，(b)为为斜接管管。图中中(a)、(b)所示接接管均为为大直径径接管，(a)中利用人字接管将DN2200的大管分成两段DN1200的小管，(b)中利用DN1600的30斜接管连接DN1800和DN1600的两段管道。在实际的的工程应应用中，图图1(aa)所示示人字接接管在接接管相交交的“裤裤裆”处处出现极极高的应应力，图图1(bb) 所所示斜接接管在斜斜接管与与小管相相交的锐锐角端出出现断裂裂事故，事事故发生生位置如如图1所所示。为分析上上述两种种事故的的原因，本本文以aansyys111.0为为工具，对对图1所所示的两两种接管管进行了了应力分分析，在在此
5、基础础上，全全面详细细的比较较了工程程上各种种补强方方式的效效果，为为冶金行行业接管管补强的的选择提提供了理理论依据据，具有有较为重重要的工工程实际际意义。事故处(a) (b)图1 煤气管管道接管管两例3 事事故分析析针对图11所示的的两类接接管(aa)、(b)，利利用annsyss11.0进行行了应力力分析，分分析结果果表明：1) 对图11(a)的接管管形式，最最大应力力出现在在接管相相交的“裤裤裆”处处，变形形的最大大处不和和最大应应力处重重合，出出现在沿沿相贯线线回转约990的地方方，即图图(a)中的“肚肚脐”附附近，其发生生的机制制为管道道在内压压作用下下的“趋圆”变形特特征。22)
6、对对图1(b)的的接管形形式，在在接管处处的锐角角部位，出出现了很很高的应应力集中中，最大大应力处处和事故故位置一一致；变变形的最最大处出出现在接接管相贯贯处，部部位为最最大应力力处沿相相贯线回回转约990的的钝角部部位附近近，该部部位在“内压趋趋圆”时显然然是最易易变形。上述分析析表明，对对于人字字接管和和斜接管管而言，由由于几何何结构不不连续，管管道壁厚厚不足，在在承受应应力的情情况下产产生了较较大的应应力集中中，导致致断裂，计算结果和实际的事故情况是吻合的。上述两种种接管形形式局部部应力很很高，故须做适适当的开开孔补强强以降低低接管区区域的应应力集中中。本文文先从传传统的等等面积法法入手
7、，在在补强效果果欠佳时时再着眼眼于控制制变形来来控制应应力，效效果明显显。4 等等面积补补强法管道的开开孔补强强传统上上多采用用等面积积法，其其方法是：对开孔孔而被削削弱的部部位补强强加厚，补焊的面积应等于开孔去掉的钢板面积。图1(aa)人字字接管的的等面积积补强方式式见图22，其中中补强范范围(图2(aa)红色色区域、图图2(bb)红色色区域、图图2(cc)绿色色区域、图图2(dd)蓝色色区域)从(a)至至(d)依次增增大，计算结果果见表11。(a) (b)(c)(d)图2 人字接接管等面面积补强强法示意意图表1 人字接接管等面面积补强强效果一次二二次应力力强度（MMPa）应力强度度降低补强
8、模型型补强前22600方式1206009图2(aa)方式21650027图2(bb)方式31410038图2(cc)方式492059图2(dd)由表1可可见，随随着补强强区域的的扩大，局局部应力力强度逐逐渐下降降，但应应力强度度最大值值仍然很很高。图1(bb)斜接接管的等等面积补补强方式式见图33，图3所所示为斜斜接管开开孔处的的补强范范围。图图3的计计算结果果见表22。由表2可可见，尽尽管等面面积补强强可以使使局部应应力强度度迅速下下降，但但最大应力力仍然很很高。表2 斜接管管等面积积补强效效果一次二二次应力力强度（MMPa）应力强度度降低补强模型型补强前11777补强后64345图3图3
9、斜接管管等面积积补强法法示意图图综上所述述，对图图1所示示的两类类接管(a)、(b)采采用等面面积补强强方法补补强，其其效果均均不理想想。5 控控制变形形补强法控制变形形法是通通过对最最大变形形处进行行限制来来达到减减小局部部应力的的目的，本次研究中分别采取杆单元和面单元对最大变形处进行控制，分别模拟实际情况中用隔板、角钢和加强筋进行控制变形补强的情况。5.1 人字字接管的控控制变形形补强中间隔板人字接管管的控制制变形补补强主要要通过在在最大变变形位置置处加中中间隔板板的方式式来实现现，具体如如图4所所示。补补强的计计算结果果见表33，从表表3可以以看出，人人字接管管采用加加中间隔隔板来进进行
10、控制制变形补补强后，应应力强度度大幅降降低，补补强效果果明显。图4 人字接接管隔板板补强示示意图表3 人字接接管隔板板补强效效果一次二二次应力力强度（MPa）应力强度度降低补强模型型补强前22600补强后34685图45.2 斜接接管的控控制变形形补强斜接管的的控制变变形补强强主要通通过在最最大变形形位置处处加隔板板、角钢钢以及加加强筋来来实现，具具体如图图5、图图6及图图7所示示。 (a) 隔板不不开孔 (b) 隔板开开单孔 (c) 隔板开开双孔 (d) 隔板板大面积积开孔图5 斜接管管隔板补补强示意意图6 斜接管管角钢补补强示意意 图图7 斜斜接管加加强筋补补强示意意图5是采采用隔板板对斜
11、接接管进行行补强的的示意图图。隔板补补强用面面单元进进行模拟拟，考虑煤煤气管道道中的气气体流量量，隔板板补强后后必须留留够足够够的空间间，为找找出最优优的方法法，采用用了如下下(a)(dd)四种种隔板补补强方式式进行模模拟，补强的的结果如如表4所示示。由表44可知，当当隔板开开孔面积积不大于于50时，应应力强度度大幅降降低，补补强效果果明显。图6是采采用角钢钢对斜接接管进行行补强的的示意图图。角钢钢补强用用面单元元进行模模拟，沿沿斜接管管的相贯贯线加角角钢，角角钢用面面单元模模拟，角角钢的厚厚度由单单元厚度度控制，具具体如图图6所示示。角钢钢补强法法的效果果主要受受角钢厚厚度的影影响，分分别取
12、角角钢厚度度为1、1.5、22、2.5倍壁壁厚进行行计算，结结果如表表5所示示。由表表5可见见，随着着角钢厚厚度的增增大，补补强效果果的增加加是明显显的，但但应力强强度降低低的幅度度相比隔隔板补强强显得不不足。表4斜接接管隔板板补强效效果开孔面积积百分比比一次二二次应力力强度（MMPa）应力强度度降低补强模型型补强前11777方式10(不开开孔)18684图5(aa)方式225%18884图5(bb)方式350%18584图5(cc)方式475%42764图5(dd)表5斜接接管角钢钢补强效效果角钢厚度度一次二二次应力力强度（MMPa）应力强度度降低补强前11777方式11倍壁厚厚44262方
13、式21.5倍倍壁厚34771方式32倍壁厚厚28776方式42.5倍倍壁厚25678图7是采采用加强强筋对斜斜接管进进行补强强的示意意图。加强筋筋补强用用杆单元元进行模模拟，在在最大变变形处的的相贯线线上找出出对应的的节点，再再连接成成杆单元元，见图6。补强的的结果如如表6所所示。由由表6可可知，斜斜接管采采用加强强筋进行行控制变变形补强强时，应应力强度度降低不不多，补补强效果果不明显显。表6 斜接管管加强筋筋补强效效果一次二二次应力力强度（MMPa）应力强度度降低补强模型型补强前11777补强后91722图76 结结论本文以两两个工程程实例为为对象，对对冶金行行业中常常见的人人字接管管和斜接
14、接管的开开孔补强强进行了了详细的的分析，得得到如下下结论：1) 当当等面积积法的补补强效果果较差时时，可以以根据“内压趋趋圆”现象，找找到变形形最大处处，试从从控制变变形的角角度来控控制应力力。2) 对对于人字字接管，采采用中间间隔板进进行内补补强，具具有较好好的补强强效果。3) 对对于斜接接管，采采用隔板板内补强强和角钢钢外补强强均具有有较好的的补强效效果，相相比较而而言，隔隔板内补补强效果果更好，但但对管道道内气路路可能产产生不利利影响，而而角钢外外补强可可在管道道外部进进行，施施工较为为方便，且且不影响响管道内内工艺过过程。4) 对对于斜接接管，采采用加强强筋内补补强效果果较差。参考文献
15、献1 马爱梅梅, 鹿鹿晓阳. 管道道开孔接接管和三三通设计计及应力力分析J.机械设设计与制制造, 20007(77):550551.2 路民旭旭, 陈陈迎锋, 董绍绍华等.管道维维修补强强技术及及其发展展趋势J. 油气气储运, 20005(24):13301132.3 林杨杰杰, 桑桑芝富, 张月月明. 内压作作用下斜斜接管结结构塑性性极限载载荷的试试验研究究J. 化化工设备备设计, 19999, 366(6):144188. 4 陈凌. 宝钢钢Correx工工程斜接接管分析析R. 重庆: 中冶冶赛迪工工程技术术股份有有限公司司, 220077, 112.5 胡长庆庆. 宝宝钢Coorexx工程低低压煤气气管道接接管处补补强分析析R. 重庆: 中冶冶赛迪工工程技术术股份有有限公司司, 220077, 112.6 JB447322-19995, 钢制制压力容容器分分析设计计标准译译义SS. 北京: 中国国标准出出版社, 19996.7胡胡长庆. 冶金金管道接接管设计计中应注注意的问问题RR. 重庆: 中冶冶赛迪工工程技术术股份有有限公司司, 220077, 112.胡长庆 重庆庆 中中冶赛迪迪股份有有限公司司动力设设计部 邮编编：40000113 手机机：133036639664166