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無補償直埋技術于20世紀80年代傳入我國,目前供熱管道直埋無補償設計方法有兩種:
一種是北歐的計算方法:應用第四強度理論,形狀改變比能是引起材料屈服破壞的主要因素,無論什么應力狀態,只要構件內一點處的形狀改變比能達到單向應力狀態下的極限值,材料就要發生屈服破壞,也就是極限分析法,采用此方法時管道安裝需要預熱安裝;
一種是北京煤氣熱力工程設計院的計算方法:應用第三強度理論,即采用應力分類:①一次應力,工作壓力在管道中產生的內壓環向應力、軸向應力等;②二次應力指熱脹冷縮受到外力約束時,在直管中產生的應力,如升溫產生的軸向壓應力、降溫產生的軸向拉應力;③三次應力指承受一次應力和二次應力的直管道向結構不連續的管件如三通、變徑管、彎管等處釋放的變形,在該管件的開口周圍產生的應力。以上按應力分類的方法也叫安定性分析,采用此方法時管道冷安裝即可。
2直埋供熱管道管材分析
應用在供熱管道上的管材多為低碳鋼Q235。我們首先就要了解低碳鋼Q235的材料特性。伸長率δ<5%的材料為脆性材料,伸長率δ>5%的材料為塑性材料。Q235塑性伸長率可達20%~30%(一般取26%),斷面收縮率Ψ≈60%。由此可見Q235鋼是一種塑性較好的一種材料,從Q235鋼拉應力性能曲線上來分析它在不同應力階段的變化情況。
2.1彈性階段
OA為彈性變形階段,σp為比例極限,拉應力與變形保持正比例關系,Q235鋼的比例極限σp=200MPa,σe為彈性極限(AB段)δ與ε間的關系不再成正比,但變形仍是彈性的。A與B非常接近,在工程不對彈性極限和比例極限并不嚴格區分。
2.2屈服階段
屈服:當應力超過B點到達C點后,應力σ呈現幅度不大的波動而變形卻急劇地增長,這種現象稱為屈服。C點為屈服高限,D1為屈服低限,通常將屈服低限稱為屈服極限,Q235鋼的屈服極限σs=235MPa。
2.3強化階段
強化:經屈服后,材料又增強了抵抗變形的能力,這時要使材料繼續變形,就需要增大拉力,這種現象稱為強化。D1D段為強化階段。Q235鋼的強化極限σb=375MPa。
2.4局部變形階段
從D開始,桿件某一局部橫截面急劇收縮,出現頸縮現象,到E點時被拉斷。