典型管道系统必备的应力分析载荷工况

应力分析的主要目的是确保：

A. 结构完整性（满足承载流体的设计压力，抵抗生命周期中各种荷载导致的失效以及保证系统极限应力低于规范的许用值。）

B. 操作完整性（设备连接处的荷载限制在管口荷载的许用值内，避免接头处的泄漏，限制管线挠度和位移在允许值内。）

C. 优化设计（避免管系过度的柔性和在支撑结构上的高负载， 寻求管道和结构的最佳设计。）

WW = 管系的充水重，

HP = 水试压压力，

W = 包括管内流体及隔热层的管道重量，

P1 = 设计内压，

T1 = 操作温度，
T2 = 设计高温，

T3 = 设计低温，

WIN1，WIN2，WIN3，WIN4：在一些特定方向上作用的风荷载，

U1，U2，U3，U4：在一些特定方向上作用的均布（地震）荷载。

在进行分析时，最少应对以下荷载工况进行校核：

a. 水试压工况：管道通常在实际操作之前会进行试压，以确保管系没有泄漏，通常采用水作为试压介质。 因此，在这种情况下，管道将承受介质水的重量和水压测试的压力。据此，我们在 CAESAR II 中采用第一个工况如下：

1.                  WW+HP                         HYD

b. 操作工况：当操作开始时，工作流体将在一定温度和压力下流过管道。据此，系统的操作工况如下：

2.           W+T1+P1               OPE                  操作温度工况
3.            W+T2+P1               OPE                  设计高温工况
4.            W+T3+P1               OPE                  设计低温工况

c. 持续工况：在整个工厂操作过程中将存在持续荷载 —— 重量和压力。 所以持续负荷工况如下：

5.            W+P1                         SUS

d. 偶然工况：管道可能会受到偶然的风和地震荷载。 所以在这些工况下校核应力，必须建立以下荷载工况：

6.               W+T1+P1+WIN1                   OPE                    考虑 +X 方向的风荷载
7.               W+T1+P1+WIN2                    OPE                    考虑 -X 方向的风荷载
8.               W+T1+P1+WIN3                    OPE                    考虑 +Z 方向的风荷载
9.               W+T1+P1+WIN4                    OPE                    考虑 -Z 方向的风荷载
10.             W+T1+P1+U1                         OPE                   考虑 +X 方向的地震荷载
11.             W+T1+P1-U1                         OPE                    考虑 -X 方向的地震荷载
12              W+T1+P1+U2                         OPE                    考虑 +Z 方向的地震荷载
13              W+T1+P1-U2                          OPE                   考虑 -Z 方向的地震荷载

在对上述荷载进行应力分析时，荷载工况 6 至荷载工况 13 仅用于检查节点处的荷载值。为了得到偶然的应力，我们还需要将持续荷载与纯偶然工况相加，然后与规范允许值进行比较。 为此建立了下列荷载工况：

14.               L6-L2                     OCC                     +X 方向的纯风载
15.                L7-L2                     OCC                      -X 方向的纯风载
16.                L8-L2                     OCC                     +Z 方向的纯风载
17.                L9-L2                     OCC                      -Z 方向的纯风载
18.                L10-L2                   OCC                      +X 方向的纯地震荷载
19.                L11-L2                   OCC                       -X 方向的纯地震荷载
20.               L12-L2                   OCC                       +Z 方向的纯地震荷载
21.                L13-L2                   OCC                       -Z 方向的纯地震荷载
22.                L14+L5                 OCC                       纯风 + 持续
23.                 L15+L5                OCC                       纯风 + 持续
24.                L16+L5                 OCC                       纯风 + 持续
25.                L17+L5                 OCC                       纯风 + 持续
26.                L18+L5                 OCC                       纯地震 + 持续
27.                L19+L5                 OCC                       纯地震 + 持续
28.                L20+L5                 OCC                       纯地震 + 持续
29.                L21+L5                  OCC                      纯地震 + 持续

从 22 到 29 的载荷工况将用于基于规范 B31.3 的许用值（规范中为 Sh 值的 1.33 倍）校核偶然应力。对上述荷载工况 22 到 29 使用标量组合，对其他工况使用代数组合

e. 膨胀工况：根据规范要求，下列荷载工况将用于校核膨胀应力：

30.               L2-L5                    EXP
31.                 L3-L5                   EXP
32.                L4-L5                    EXP
33.                L3-L4                   EXP                          对于整个应力范围

上述荷载工况（从工况 30 到 33）用于校核膨胀应力。

上述载荷工况是分析任何应力系统所需的最基本的工况。在上述荷载工况中，编号 1、5 和 22-33 中涉及的荷载工况用于应力校核。 在编号 1 至 13 中涉及的荷载工况用于检查约束反力、位移和管口荷载校核。

PSV 连接系统、转动设备连接系统可能还需要部分的额外荷载工况。.

并不是每次都需要进行地震和风载分析。 因此，如果管道系统不在项目规定的地震和风载分析范围内时，那么可以删除这些荷载工况。 然而，为了执行风载和地震分析，必须在 CAESAR II 数据表中输入适当的相关数据。

如果应力系统涉及使用施加的位移（D）和受力（F），那么必须在上述荷载工况中加上 D1，D2 或 F1，F2（如适用）。

计算结果最好应满足（但不限于）：

1. 试压和持续应力应低于规范允许值的 60%

2. 膨胀和偶然应力应低于规范允许值的 80%

3. 对于工艺管道，持续状态的挠度应小于 10mm；对于蒸汽管道、两相流管道或火炬线，挠度应小于 3mm

4. 对于装置管道最大位移应小于 75mm，对于管廊管道应小于 200mm

收藏学习一下。

好好学习

受教了，感觉好厉害呀

关于地震荷载与风荷载能否直接与W+P1叠加？

沈业林 发表于 2017-12-18 20:18
关于地震荷载与风荷载能否直接与W+P1叠加？

我们一般不会考虑这些载荷叠加出现，这样做出来太过保守

生活开了个玩笑 发表于 2017-12-18 20:41
我们一般不会考虑这些载荷叠加出现，这样做出来太过保守

我没表达清楚我的意思，现在我一般采用W+P1+WIN1   OCC
W+TI+P1+WIN1   OPE   
这样简单些，直接出结果。

生活开了个玩笑 发表于 2017-12-18 20:41
我们一般不会考虑这些载荷叠加出现，这样做出来太过保守

不再重新计算纯风载 或纯地震载荷。

沈业林 发表于 2017-12-18 20:49
不再重新计算纯风载 或纯地震载荷。

并不一样，你这样做出来是不准确的，相差会比较大，至于为什么，需要说比较多的东西，哪天我有空再发个帖子

生活开了个玩笑 发表于 2017-12-18 20:56
并不一样，你这样做出来是不准确的，相差会比较大，至于为什么，需要说比较多的东西，哪天我有空再发个帖 ...

刚刚用12米高的立管模型计算下了风荷载，采用二种风荷载组合方式，计算出来的应力值是一样的。
一种是你说的方法，先计算纯风荷载的应力，然后加到持续应力情况下，采用scalar。
令一种，我直接把WIN1加到持续应力上，
最后二者的计算结果是一样的。

沈业林 发表于 2017-12-18 21:20
刚刚用12米高的立管模型计算下了风荷载，采用二种风荷载组合方式，计算出来的应力值是一样的。
一种是你 ...

是我没看清楚，一次应力直接相加是相同的，二次应力如果不是用相减是不一样的。
之所以弄这些工况，是在工况比较多的时候，组合工况来得方便，不容易弄错。

你那种对没有脱空的情况好像一样，有脱空的用楼主的方法更正确，应该是这样的

对于玻璃钢材质的管系，按照UKOOA规范校核，OPE工况下，需要查看应力结果吗？我是做船的，业主要求我们查看OPE的stress。
对于钢制材料的管系，按照B31.3规范校核，OPE工况下只查看作用在支架和设备的力和力矩，还有位移，我理解的对吗？