管道应力分析程序使用说明.docx

1、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

2、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

3、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

4、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.

5、 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100

6、0；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

7、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

8、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X1Y1Z

9、1，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A

10、uto CAD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

11、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

12、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

13、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

14、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

15、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，

16、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PTDLGWTH其他荷载1EttPj000GWG02Et00Tj-ToD2/3L0003Eot00To-Tj-D00TH04Eo0000L0THL05Etkt00000TH排汽等6Etkt00Dd00TH风地震7EctPc000GWG超压8Ectc0Tc-TjDc00TH超温9EstcPs000G水压试验10Es00LGWs0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55+15

17、+35+25+266+16+36+26+277-88+3+78+38+28+299-10-1010+910+9表2.3 应力验算条件表工况应力验算条件12不进行应力验算34不进行应力验算56， 78910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。 许用应力：t-设计温度下的基本许用应力；20-20温度下的基本许用应力；=0-不进行温度验算；kt-用系数k修正的设计温度下的基本许用应力；tc-超温下的基本许用应力；ts-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

18、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；T 温度变化：TjTo-由热到冷的全温度变化；ToTj-由冷到热的全温度变化；TcTj-由热到超温的全温度变化。D 端点附加位移：D=0-无端点附加位移；D=D -有端点附加位移；Dd-地震端点附加位移；Dc-由热到超温的端点附加位移。L 冷紧：L=0-无冷紧；L=L-100%冷紧；L=2/3L-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

19、-弹簧刚度置为弹簧的附加力。其他符号：L-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）.E-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，0.75i1。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

20、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。N2500时，f=1；N2500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（NC10） ，辅助记录（40NC49）,特性记录（60NC200）。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

21、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）；

22、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，ICCITH，KTH，RTHNRG，NPS，NPBf，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

23、（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

24、）;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。9，9，99，9，99，9，99，9，9所取的缺省值为：1，0， 23，4，0.352，5，61，1.2，1.2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=2 DLGJ23-81管规弹簧；ITH=3 西北院汽水管道支吊架手册D-ZD83-1900弹簧；ITH=4 GB10182弹簧，新管规（DL/T 5054-1996）弹簧；ITH=5 SPRING 。DB文件中的弹簧，用户可自

25、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ASME B31.1，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。N2500时，f=1；N2500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=-1IW

26、D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=2 IWD=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=0IS=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

27、，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=2IS=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=3IS=0-始端