管道应力分析程序使用说明.docx
《管道应力分析程序使用说明.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《管道应力分析程序使用说明.docx（69页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
管道应力分析程序使用说明
管道应力分析程序（GLIF）使用说明
第一章概述
本程序吸收了国内管道应力计算程序和美国2010管道应力计算程序的优点，采用结构程序设计方法，开发的符合《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定（SDGJ6-90）》的程序。
11功能
程序计及了内压、自重、外载、设备接口附加位移、冷紧、安全阀排放产生的载荷、以及风载、静力地震载荷等，既能对持续荷载，又能对临时荷载、偶然荷载进行分析计算。
程序可对正常运行条件下的热状态、冷状态，由热至冷及由冷至热状态进行计算。
其中对冷状态考虑了管道运行初期和应变达到自均衡后两种情况。
程序可对水压试验工况进行分析计算。
程序可对异常运行条件下的安全阀排放荷载、风载、地震荷载的静力分析计算。
本程序管道结构分析和应力验算更趋于精细和合理，提高了管道投资的经济性和运行的安全性。
12特点
程序的编制，按功能采用模块型结构，使其可读性和可维护性好。
尽量用标准语言而避免采用依赖于机型和硬件的特殊语句，使程序可移植性好。
程序功能强，使用简便，程序对管道的结构没有限制，按管道的设计模型组织数据文件，为CAD绘图创造了良好条件。
输入灵活易学，输出集中简明。
输入数据、输出成果的单位可分别选取工程制和法定单位制。
程序应力验算符合SDGJ6-90标准，为了使用户计算方便、便于掌握程序按照定工况进行组织，可自动检查出输入数据的错误。
减少对错误题目进行运算的可能性，节省时间和费用。
13计算内容
a.管道在工作状态下，由持续荷载（即内压、自重等）作用下产生的应力进行验算，计算持续荷载对设备或端点的推力。
b.管道在运行初期工作状态下，计算管道约束装置的荷载及管道对设备（或端点）的推力。
考虑自重、热膨胀、有效冷紧和端点附加位移的影响。
c.管道应变自均衡后在冷状态下，计算管道刚性约束装置的荷载及管道对设备（或端点）的推力。
d.管道由冷状态到工作状态的热位移计算，按管道沿坐标轴的全补偿值和钢材在20℃时的弹性模量计算，并考虑弹簧附加力的影响。
e.管道热膨胀应力范围的验算。
f.管道在运行初期冷状态下，计算管道约束装置的荷载及对设备（或端点）的推力。
g.管道由于冷紧和弹簧附加力作用下的冷位移的计算，以其作为管道约束装置安装调整的一个依据。
h.根据各弹簧约束点的热位移和分配荷载选择弹簧，并给出弹簧的绝对压缩值。
i.对于弹性约束可改变分配荷载。
j.（关于波形补偿器在管系中参与计算的应用。
）
k.倾斜管上可设置导向约束装置。
l.直元件可给定单元坐标系下的刚度矩阵。
m.对于弹性约束点可给定弹簧约束装置的型式（含弹簧号、串联数、约束方向）及弹簧的绝对压缩值。
n.持续荷载、临时荷载联合作用下产生的应力进行验算。
o.持续荷载、临时荷载联合作用下，计算管道约束装置的荷载及对设备（或端点）的推力。
p.持续荷载、偶然荷载联合作用下产生的应力进行验算。
q.持续荷载、偶然荷载联合作用下，计算管道约束装置的荷载及对设备（或端点）的推力。
r.弹性约束装置，部分刚性约束装置结构荷载参考值的计算。
14适用范围
本程序适用于低碳钢、低合金钢和高铬钢为管材的火力发电厂汽水管道的强度计算。
本程序所计算的管道系统限于在线弹性和小变形范围内。
不限制管道的形状，可计算单分支、树形多分支和环形结构。
管系端点可为自由点、约束点（部分约束或全部约束）、附加位移点。
管系的起始点必须为固定端点。
对于管系中的刚性约束，可允许或不允许在其约束方向有一定的位移或转角。
管道计算模型数据应控制在下列范围内：
1.计算工况<=10；
2.弹性支吊架给定荷载点数<400；
3.单元数<1000；
4.三通数<50;
5.已知位移端点数<50;
6.冷紧点数<50;
7.校核坐标点数<50;
8.外部荷载点数<50;
9.给定位移点数<50;
10.给定荷载弹性约束点数<50。
15基本假定
●完全弹性假定，认为管系完全由弹性材料组成，服从虎克定律。
●连续性假定，认为管道材料由连续介质组成，材料的物理量，能够用位移坐标的连续函数来表示。
●均匀性假定，认为整个材料具有相同的弹性性质。
●多向同性假定，认为材料内任意一点的弹性性质在各个方向都是相同的。
●小变形假定，认为管道在外载作用下而产生的变形，与管道尺寸规格相比是微小的。
在进行管道静力计算时，管道材料应符合上述基本假定。
16程序定义
i.一般定义
力：
广义力（力向量、力矩向量）；
位移：
广义位移（线位移、角位移）；
数据项：
由连续的字母数字组成；
记录：
由一行若干个数据项组成；
文件：
若干个记录的集合。
ii.荷载定义
持续荷载：
由压力、自重（管道、零部件、阀件、保温结构等引起）的荷载。
临时荷载：
水压试验时的水重荷载。
偶然荷载：
安全阀排放荷载、风荷载、静力地震荷载、汽锤和水锤荷载等。
iii.结构定义
单元：
独立填写结构尺寸的元件（直元件、弯元件、阀门元件等）。
端点：
管系内只与一个单元相接的点。
固定点：
管系中由中间固定装置限制六个方向自由度的点。
节点：
单元与单元的交接点。
连接点：
三个或三个以上元件的交接点。
约束点：
管系中装有约束装置的节点。
管段：
由计算者编号的节点间的单元组成。
先编号点为其始端，后编号点为其末端。
分支：
端点与连接点之间，连接点与连接点之间，连接点与固定点之间，固定点与固定点之间，固定点与端点之间的管道单元组成，可能为一个单元或多个单元组成。
管系：
统一进行结构分析计算的分支的集合，可由一个分支或多个分支组成。
尺寸标法：
尺寸标法有两种：
一种标法是直单元长度不含弯单元弯曲半径（见图1）；另一种标法是直单元长度包含弯单元弯曲半径（见图2）。
iv.坐标定义
总体坐标系：
管系中所有单元都遵守的统一坐标。
坐标按照右手定则确定X、Y、Z三个方向的顺序。
单元坐标系：
只针对单元本身的坐标系。
设管系的总体坐标系为XYZ，单元坐标系为X1Y1Z1，与管道走向相同。
17其他辅助工具软件
本软件在电力系统应用较广，各院使用人员为本软件配套了一些工具软件，使其应用更加灵活，形成了一个完善体系，下面简单列举这些软件：
1．材料统计
该程序是江苏院编制的，主要功能是交互式统计材料，也可以读取本程序的原始数据文件进行材料统计并生成报表。
2．数据检查u
该程序是广东院开发编制的，对原始数据进行减错，该软件能够检查出大多数数据错误，为用户创造了良好的应用条件。
3．管道及支吊架一体设计软件包
该软件是由东北院机务处张越开发的，其能够由本软件的原始数据生成立体图，也可以由本软件的分析结果文件生成立体图、平断面图、支吊架图，并有交互式修改功能和相应的表格（以AutoCAD为支撑）。
4．管道设计软件
该软件是由华北院，与专业软件公司联合开发的。
能进行三维管道设计，并可以和其软件包中其他专业软件建立模型合并（如土建结构、设备等），进行碰撞检查，与本计算软件有输入输出接口，实现了设计计算一体化（既可以由计算产生图形，也可以由图形生成计算），具有从模型生成ISO图，平面图的功能。
具有进行材料统计并生成报表的功能。
（以MICROSTATION为支撑）。
5．输出数据处理
该软件是东北院开发的，可由本软件生成辅助输出文件进行数据处理，可进行查询（可查询某工况下力、位移、应力、推力等）、检索（检索支吊点最大应力、反力、位移等），计算（可计算固定支吊架的结构荷载，计算最小保证坡度，偏装等），报警（向上的支反力、弹性支吊架位移很小、位移尺寸大等），报表等功能。
6．输入输出数据处理
该软件是江苏院开发的，可辅助用户方便地生成原始数据，并可以由本软件生成辅助输出文件，进行数据处理。
可进行查询（可查询某工况下力、位移、应力、推力等）、检索（检索支吊点最大应力、反力、位移等），计算（可计算固定支吊架的结构荷载，计算最小保证坡度，偏装等），报警（向上的支反力、弹性支吊架位移很小、位移尺寸大等），报表等功能。
以上软件都可以在微机上运行。
第二章程序工况说明
本程序按固定的十个工况进行分析，按不同条件分别进行组合，由于工况较多，用户在使用前有必要搞清工况的计算内容。
下面对不同工况进行必要的说明：
工况1：
模拟管道运行状态，对选定的支吊架分配承重荷载，并进行一次应力验算；其前提条件是热态吊零，为分配承重荷载，将弹性支吊架刚度置为刚性支吊架刚度。
计算内容：
分配承重荷载、计算一次应力、计算分配的承重荷载下的端点推力。
工况2：
模拟管道运行初期由冷到热的变化过程，此时将弹性支吊架的刚度置为零，不计自重，计入端点附加位移和2/3有效冷紧，计算结果叠加工况1分配的荷载。
计算内容：
支吊架的工作荷载，端点的初热推力。
工况3：
管道工作状态下由热到冷的过程，进行反复地弹簧选择计算，弹性支吊架的刚度置为选定的弹簧刚度，不计自重，计入端点的附加位移，进行二次应力验算，计算出的位移经反向输出即为热位移。
计算内容：
选弹簧、热位移、松冷推力、固定支架松冷荷载（发生松弛的管道才有）。
工况4：
模拟运行初期的冷态工况，此时将弹性支吊架的刚度置为零，计入弹簧附加力，不计自重，计入冷紧，计算结果叠加工况1的分配荷载。
计算内容：
冷位移、初冷推力、支吊架的安装荷载和结构荷载。
工况5：
弹性支吊架的刚度置为选出的弹簧刚度，不计自重，计入偶然荷载作用计算的荷载、推力，与工况2计算的荷载、推力叠加，作为偶然荷载作用时的荷载、推力。
计算的位移，与工况3计算的位移叠加，作为偶然荷载作用时的位移，计算的应力与工况1计算的一次应力叠加，进行偶然荷载作用时的应力计算与验算。
计算内容：
偶然荷载作用下的位移、推力、支吊架荷载、应力。
工况6：
弹性支吊架的刚度置为选出的弹簧刚度，不计自重，计入地震和风荷载作用计算的荷载、推力，与工况2计算的荷载、推力叠加，作为地震和风荷载作用时的荷载、推力。
计算的位移，与工况3计算的位移叠加，作为地震和风荷载作用时的位移，计算的应力与工况1计算的一次应力叠加，进行地震和风荷载作用时的应力计算与验算。
计算内容：
地震和风荷载作用下的位移、推力、支吊架荷载、应力。
工况7：
弹性支吊架的刚度置为刚性支吊架刚度，不计自重，计入超温超压作用，进行超温超压时的应力计算与验算。
计算内容：
超温超压时的应力计算与验算。
工况8：
弹性支吊架的刚度置为选出的弹簧刚度，不计自重，计入超温超压作用，计算的超温超压荷载作为计算的荷载、推力，与工况2计算的荷载、推力叠加，作为超温超压荷载作用时的荷载、推力。
计算的位移，与工况3计算的位移叠加，作为超温超压荷载作用时的位移，计算的应力与工况3计算的热胀、工况7计算的应力叠加，进行超温超压荷载作用时的应力计算与验算。
计算内容：
超温超压作用下的位移、推力、支吊架荷载、应力。
工况9：
弹性支吊架的刚度置为刚性支吊架刚度，计入自重和水重。
进行水压试验时的应力验算。
计算内容：
水压试验时的应力计算与验算。
工况10：
弹性支吊架的刚度置为0，不计自重，计入冷紧作用，计算的荷载、推力与工况9计算的荷载、推力叠加作为水压试验时的荷载、推力。
计算的位移与工况3计算的位移叠加，作为水压试验时的位移。
计算内容：
水压试验时的位移、推力、支吊架荷载。
表2.1工况计算参数表
工况
Ξ
σ
P
ΔT
ΔD
ΔL
GW
TH
其他荷载
1
Et
[σ]t
Pj
0
0
0
GW
G
0
2
Et
0
0
Tj-To
ΔD
2/3ΔL
0
0
0
3
Eo
[σ]t[σ]0
0
To-Tj
-ΔD
0
0
TH
0
4
Eo
0
0
0
0
ΔL
0
THL
0
5
Et
k[σ]t
0
0
0
0
0
TH
排汽等
6
Et
k[σ]t
0
0
ΔDd
0
0
TH
风地震
7
Ec
[σ]t
Pc
0
0
0
GW
G
超压
8
Ec
[σ]tc
0
Tc-Tj
ΔDc
0
0
TH
超温
9
Es
[σ]tc
Ps
0
0
0
G
水压试验
10
Es
0
0
ΔL
GWs
0
水压试验
表2.2工况计算成果表
工况
应力
位移
约束点的荷载
推力
1
一次应力
--
分配荷载
自重推力
2
--
--
工作荷载
初热推力
3
二次应力
热位移
松冷荷载
松冷推力
4
--
冷位移
安装荷载
初冷推力
5
5+1
5+3
5+2
5+2
6
6+1
6+3
6+2
6+2
7
7
--
--
--
8
8+3+7
8+3
8+2
8+2
9
9
--
--
--
10
--
10
10+9
10+9
表2.3应力验算条件表
工况
应力验算条件
1
2
不进行应力验算
3
4
不进行应力验算
5
6
，，，，
7
8
9
10
不进行应力验算
表中符号：
E弹性模量：
Es-------设计温度下的弹性模量；
Eo------20℃的弹性模量；
Ec------超温下的弹性模量；
Es------水压试验温度下的弹性模量。
σ许用应力：
[σ]t--------设计温度下的基本许用应力；
[σ]20--------20℃温度下的基本许用应力；
σ=0---------不进行温度验算；
k[σ]t--------用系数k修正的设计温度下的基本许用应力；
[σ]tc--------超温下的基本许用应力；
σts----------管材在水压试验时的屈服极限。
P压力：
Pj--------设计压力；
Pc--------超压压力
Ps--------水压试验压力；
P=0------不计压力。
T温度：
Tj---------设计温度；
To--------20℃；
Ts---------水压试验温度；
ΔT温度变化：
Tj—To---------由热到冷的全温度变化；
To—Tj---------由冷到热的全温度变化；
Tc—Tj---------由热到超温的全温度变化。
ΔD端点附加位移：
ΔD=0------------无端点附加位移；
ΔD=ΔD--------有端点附加位移；
ΔDd--------------地震端点附加位移；
ΔDc--------------由热到超温的端点附加位移。
ΔL冷紧：
ΔL=0----------无冷紧；
ΔL=ΔL-------100%冷紧；
ΔL=2/3ΔL------2/3有效冷紧。
GW自重：
GW=GW---------有自重；
GW=0------------无自重；
GW=GWs--------自重加水重。
TH弹簧刚度：
TH=G----------弹簧刚度置为刚性；
TH=0----------弹簧刚度置为0；
TH=TH----------弹簧刚度置为选择的弹簧刚度；
TH=THL----------弹簧刚度置为弹簧的附加力。
其他符号：
σL-----由于内压、自重和其他持续外载所产生的轴向应力之和（N/mm2）.
σE-----热胀应力范围，按全补偿值和钢材在常温时的弹性模量计算的热胀引起的合成力矩，所产生的应力范围（N/mm2）.
Do------管子外径；
Di------管子内径；
MA-------管子自重和其他持续外载作用在管子横截面上的合成力矩（N--m）。
W-------管子截面的抗弯矩（立方毫米）。
i---------应力增强系数，0.75i≥1。
k--------许用应力系数。
当任何24小时连续运行时间内，偶然荷载作用时间少于10%，k取1.15;少于1%，取1.2。
MB---------安全阀或释放阀的反座推力，管内流量和压力的瞬时变化，以及地震风荷载等偶然荷载作用在管子横截面上的合成力矩（N-m）。
f-----------应力范围的减小系数。
预期电厂在运行年限内系数f，与管道全温度周期性的交变次数N有关。
N≤2500时，f=1；
N＞2500时，
第三章输入数据文件
本程序的输入数据文件有5种记录，一般可分为：
题头记录（文件前四个记录），结构记录（NC<10），辅助记录（40200）。
题头记录；
弯单元记法记录（-1）；
弯单元记录（0）；
直单元记录
（1）；
直单元（异径三通支管、接管座）记录
（2）；
直单元（三通主管）记录（3）；
刚性件记录（4）；
异径管（同心异径管）记录（5）；
给定单元刚度矩阵记录（6）；
节点编号记录（10）；
管端焊点应力增强系数记录（12）；
给定支吊架运行工况记录（40）；
刚性支吊架刚度记录（41）；
刚性件刚度系数记录（42）；
蒸汽管道结构载荷记录（43）；
辅助输出文件记录（44）；
应力输出控制记录（45）；
截面特性记录（60、61）；
弯管附加记录（62）；
材料特性记录（70、77、79）；
材料名称记录（71）；
介质特性记录（90、97、99）；
水平荷载（地震、风）方向记录（81）；
地震系数记录（82）；
风荷载受风截面记录（83）；
风压记录（84）；
风荷载标高系数记录（85）；
给定原点坐标记录（100）；
附加荷载点记录（210）；
偶然荷载点记录（215）；
给定位移点记录（220）；
管道端点热位移记录（230）；
管道端点地震位移记录（236）；
管道端点超温位移记录（237）；
冷紧对口点记录（240）；
冷紧对口点记录（241）；
坐标校核点记录（250）；
给定弹簧荷载记录（260）；
点的附加输出记录（290）；
给定应力增强系数记录（300）；
三通点记录（310、320、330、340）；
三通点记录（350）；
三通点记录（360、370）；
管接座点记录（390）；
输入文件结果表识。
具体说明如下：
题头记录
记录形式：
IIN，ION，ICC
ITH，KTH，RTH
NRG，NPS，NPB
f，RK5，RK6
记录内容：
IIN----输入单位（IIN=1工程制，IIN=0法定单位制）；
ION----输出单位（IIN=1工程制，IIN=0法定单位制）；
ICC----坐标选择（ICC=1为X轴向上，ICC=2为Y轴向上，ICC=3为Z轴向上）；
ITH----弹簧种类（一般ITH=3，即支吊架手册弹簧，拟实现1为管规弹簧，2为GB弹簧，9为碟簧）；
KTH----弹簧最大串联数（一般KTH=4，表示超过一组串联4个弹簧将采用恒力吊架。
）；
RTH----弹簧荷载变化系数（根据管规取值，一般为0.35,重要管道可取0.25、0.15等。
）；
NRG----应规种类（NSG=2即为“90应规（SDGJ6-90）”）；
NPS----直管验算应力的点数（一般NPS=5）；
NPB----弯管验算应力的点数（一般NPB=6）；
f----应力范围的减小系数（按规定取值≤1）；
RK5----5工况许用应力系数（RK5=1.15或1.20）;
RK6----6工况许用应力系数（RK5=1.15或1.20）;
缺省：
使用缺省值时，应将以上数据全部置9。
9，9，9
9，9，9
9，9，9
9，9，9
所取的缺省值为：
1，0，2
3，4，0.35
2，5，6
1，1.2，1.2
备注：
1、数据文件的前四条记录，必须是这四条记录。
2、坐标形式见例题，坐标系的选择应是右手定则。
3、ITH为弹簧种类的选择：
ITH=1老弹簧；
ITH=2DLGJ23-81管规弹簧；
ITH=3西北院汽水管道支吊架手册D-ZD83-1900弹簧；
ITH=4GB10182弹簧，新管规（DL/T5054-1996）弹簧；
ITH=5SPRING。
DB文件中的弹簧，用户可自行建立该文件。
ITH=9拟定为碟簧。
未完。
4、NRG应规的选取：
NRG=1老应规，本版只能用于90应规。
NRG=2符合90应规SDGJ6-90。
NRG=3符合美国标准ASMEB31.1，本软件不包括。
5、f的选取：
预期电厂在运行年限内系数f，与管道全温度周期性的交变次数N有关。
N≤2500时，f=1；
N＞2500时，
6、RK5、RK6许用应力系数的选取
当任何24小时连续运行时间内，偶然荷载作用时间少于10%，k取1.15;少于1%，取1.2。
管线填写的起点，必须是固定点或者是给定附加位移的点。
否则程序会出现“误解”。
弯单元记法记录
记录格式：
NC,IWD
记录内容：
NC=-1
IWD—弯单元记法
缺省：
IWD=1
备注：
IWD=1直单元长度不含弯单元弯曲半径；
IWD=2直单元长度含弯单元弯曲半径。
建议：
一般应使用IWD=2。
IWD=2IWD=1
图3.1
弯单元记录（0）
记录形式：
NC，IS，IE，RR，RA，IA
记录内容：
NC----NC=0
IS=0----始端无焊缝；
IS=1----始端有焊缝；
IE=0----末端无焊缝；
IS=1----末端有焊缝；
RR-------弯曲半径，米；
RA------弯曲角度（度）；
IA---弯单元种类，1热压弯头，2弯制弯头，3焊制弯头。
缺省无，
备注：
弯单元前后必须是直单元记录，当IS=1或IE=1时管端应力增强系数取（12）记录输入的应力增强系数。
直单元记录
（1）
记录形式：
NC，IS，IE，X，Y，Z
记录内容：
IS=0----始端无焊缝；
IS=1----始端有焊缝；
IE=0----末端无焊缝；
IE=1----始端有焊缝；
X，Y，Z-----单元分别在三个坐标轴上的投影长，米。
缺省：
无
备注：
当IS=1或IE=1时管端应力增强系数取（12）记录输入的应力增强系数。
直单元（异径三通支管、接管座）记录
（2）
记录形式：
NC，IS，IE，X，Y，Z，Do，S，WG
记录内容：
NC=2
IS=0----始端无焊缝；
IS=1----始端有焊缝；
IS=0----末端无焊缝；
IS=1----末端有焊缝；
X，Y，Z-----单元分别在三个坐标轴上的投影长，米。
Do----外径，毫米；
S-----壁厚，毫米；
WG-----单位长度的管重量，kg/m。
缺省：
无
备注：
当IS=1或IE=1时管端应力增强系数取（12）记录输入的应力增强系数。
当为接管座时，接管座应分两段填写（见图3.2）.
此记录为精确目的，一般可用NC=1记录。
L2
L1
图3.2
直单元（三通主管）记录（3）
记录形式：
NC，IS，IE，X，Y，Z，Do，S，WG
记录内容：
NC=3
IS=0----始端
升级会员 