04管道的屈曲分析.ppt

屈曲分析的内容 当管道失稳时的弯曲形状为向上弯曲形状时，图（b）： 　 向上弯曲管道的轴向稳定性验算条件 （1）当弹性弯曲的曲率半径R ≥1000D时, 　判断条件为　P0≤nPcr （2）当R ＜1000D ，或采用弯头、弯管机冷弯的曲管时， 　判断条件为　P0≤Pcr 　圆环失稳时的临界荷载 若 ，外压引起局部屈曲，屈曲沿管轴方向传播，直到压力低于屈曲传播压力才终止。 若 ，如管子有局部屈曲，屈曲传播；如没有局部屈曲，则屈曲既不发生也不传播。 若 ，即使管道有局部屈曲，局部屈曲仍将保持在管道某一局部，不会沿轴向传播扩展。 屈曲限制器必须设计成大于管道敷设时最大深度引起的屈曲起始压力和贯穿的传播压力，才能保证管道及屈曲限制器本身的安全。 第五节 海底管道的屈曲传播 局部屈曲 屈曲传播 止屈措施 一、局部屈曲 局部屈曲：管子截面扁平化或翘曲折皱超过规定的限度。 实际管子存在残余的椭圆度，而且还可能产生显著的塑性变形。因此，管道失稳的临界外压是材料屈服极限的函数。 挪威船级社（DNV）海底管道及立管的设计检验规范 考虑实际管子不可能是理想的圆形，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。 Mcr和pcr分别是管道单独受弯曲和外压时的临界值。 二、屈曲传播 管道的局部屈曲可以传播，传播的速度异常迅速，屈曲传播的长度有几百米至上千米。 屈曲起始压力Pi和屈曲传播压力Pp。 1、管道的屈曲传播压力的确定（理论和实验研究） 传播压力只取决于屈服极限和径厚比。 Battelle DNV 2、管道的实际屈曲传播压力PPT 原因：管子制作时的椭圆度的影响，管子敷设时受较大的静水压力、弯矩及轴向力的联合作用出现局部的原始屈曲，以及管子由于其他局部冲击或机械损伤、压扁等引起的原始屈曲。 在海洋管道工程设计中，通常计算管子出现局部屈曲的最大临界外压Pcr，用它的三分之一作为保证管子稳定的安全度。对屈曲传播压力Pp而言，实际的安全系数为4.5，即 三、屈曲限制器（止屈器） 为了防止屈曲和屈曲的传播，可以采取以下两种措施： 加大全线管壁厚度：可行，但不经济 管道上定点局部加厚，或采用止屈器，使屈曲传播只限于两止屈器之间的区段范围内。 止屈器的形式 a）活动式（套筒式）屈曲限制器； b）厚壁筒式（或整体式）屈曲限制器； c）焊接套筒式屈曲限制器。 在海洋管道敷设过程中，特别是深水管道，选定合理的D/δ比值极为重要；对选用的屈曲限制器的D α /δα比值和两个屈曲限制器的间隔应采用优化设计。 * * 第四章 管道的屈曲分析 引　言 屈曲也称失稳，是指结构丧失保持其原有平衡状态的能力。 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。 管道产生屈曲的形式： 纵向屈曲——压杆稳定 环向失稳——圆环 局部失稳——冲击、弯曲等。 轴向屈曲 上浮屈曲 陆上埋地管道 陆上埋设管道（第一节） 海底埋设管道（第二节） 机械作用（第三节） 外压（第四节） 环向（局部）屈曲 屈曲传播（第五节） 屈曲 第一节 地下管道的轴向屈曲 在嵌固段，管道所受的最大轴向压力为： 管道轴向稳定性的验算条件 n ——安全系数，可取n = 0.6~0.75。 直线管道的挠曲微分方程式 各系数分别为 1、直线埋地管道的轴向失稳临界压力Pcr 计算 对于管道失稳时的弯曲形状为波浪形，图（a）。 逆解法：假设管道的挠曲线方程为 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，Ku=0。 适用于直线管道（或曲率半径R?1000D的弯曲管道）。 适用于直线管道（或曲率半径R?1000D的弯曲管道）。 土壤的压缩抗力系数K0 土壤性质 土壤名称 K0,107N/m3 密度小的土壤 中等密度的土壤 泥煤土 流 沙 软湿土 新填沙 压实沙 砾 石 湿粘土 0.05~0.1 0.1~0.5 0.1~0.5 0.1~0.5 0.5~5.0 0.5~5.0 0.5~5.0 其中K0为土壤的压缩抗力系数 (1)可查表，(2)可根据公式计算。 2、向上弯曲埋地管道轴向失稳临界压力Pcr 式中 R0—计算曲率半径，m； q —管道向上位移时的土壤极限阻力， q = q0+nqcr, N/m； q0 —管道所受的向下压力，q0=q1+q2，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