偶然荷载引起管道应力的荷载组合

技术文章

附加模块 RF-PIPING 和 RF-PIPING Design 能够按照规范 EN 13480-3 [1] 、ASME B31.1 和 B31.3 进行管道设计。在欧洲标准中,确定管道应力是基于欧洲规范中的第 12.3 章的弹性分析,依据应力类型,使用一个或者多个得出的互不相连的弯矩,例如在确定偶然荷载引起的应力时就会发生差异。

偶然荷载根据规范 EN 13480-3 的应力公式 12.3.3-1
$${\mathrm\sigma}_2\;=\;\frac{{\mathrm p}_\mathrm c\;\cdot\;{\mathrm d}_\mathrm o}{4\;\cdot\;{\mathrm e}_\mathrm n}\;+\;\frac{0.75\;\cdot\;\mathrm i\;\cdot\;{\mathrm M}_\mathrm A}{\mathrm Z}\;+\;\frac{0.75\;\cdot\;\mathrm i\;\cdot\;{\mathrm M}_\mathrm B}{\mathrm Z}\;\leq\;\mathrm k\;\cdot\;{\mathrm f}_\mathrm t$$

应力 σ2 由三部分组成,第一部分是内部压力,其它两个部分仅弯矩的指数不同。弯矩 MA 是由持续作用的机械荷载组成(例如管道或者流体重量),弯矩 MB 表示偶然作用的荷载(例如风或者雪),因此需要分别计算弯矩部分。管道荷载组合中仅计算一个弯矩,就不能按照公式进行计算。通过使用结果组合解决,在结果组合中能够增加或者减少荷载工况或者荷载组合,因此已知各个部分,并能分开计算。

下图显示了偶然设计情况的组合,为设计提供的最终组合用红色线标出。

图 01 - Combinatorics

选项 1

选项 1 中显示,管道荷载组合中给风荷载工况设置的属性是 'OCC' ,该 PC5 接着在结果组合 RC2 中和通常的长期荷载组合,弯矩可以分为单独的部分 MA 和 MB。

选项 2

选项 2 中,更加精准的考虑了风荷载作用和其他荷载工况的组合,这里生成一个新管道荷载组合 PC5,它类似于 PC4 的构造并包括了风荷载工况。在 RC2 中,这两个操作应力情况相互被减去,这样能保留风的内力和可能的二阶分析的影响。这些内力和通常的长期荷载在其它的 RC 中叠加。

下图显示了模块 RF-PIPING Design 中的计算,也显示了得到的弯矩部分 MA 和 MB。

图 02 - Documentation of Moment Portions

参考

[1]  British Standards Institution. (2012). BS EN 13480-3:2012. Metal industrial piping - Part 3: Design and calculation. London, BSI.
[2]  Manual RFEM. (2013). Tiefenbach: Dlubal Software. Download.

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