基于应变的管道强度设计方法的适用性研究

龙源期刊网基于应变的管道强度设计方法的适用性研究作者：牛桂葳来源：《科技传播》2013年第15期摘要设计的理念和适用性是管道施工建设中的重要环节，管道强度的设计的好坏影响在工程实施前机施工过程的效益。本文对比分析了基于应变和基于应力的两种设计管道强度的方法，根据其设计的实质性内容、设计的整体理念及对管道强度的设计的理解、及设计的成品在今后工作中的适用性和价值性。关键词应变；管道强度；方法；研究中图分类号U173文献标识码A文章编号1674-6708（2013）96-0065-02设计的理念和适用性是管道施工建设中的重要环节，管道强度的设计的好坏影响在工程实施前机施工过程的效益。因此设计强度对整个管道的载荷的相关控制参量有重大影响，在工程建设中，基于应变设计和基于应力设计两种管道强度设计方案相互结合，协调发展。在管道建设中，应力设计方案是应变设计方案的初级阶段，只有当基于应力的设计理念难以满足设计要求，才对基于应力的设计方案进行补充和完善。本文针对基于应变管道强度的设计方法的适用条件及相关问题进行探讨，旨在为我国今后基于应变管道强度设计方案的方法的应用提出具有参考和研究价值。1基于应力和基于应变的两种管道强度设计方法分析1.1基于应力的管道设计方法分析基于应力的管道设计方法是一种应用传统材料强度理论对管道进行设计，适用在控制载荷作用的一种控制参量（如温差、内压等以内力为主）的设计。其最大剪切力理论是依据GB50253—2003《输油管道工程设计规范》、GB50251—2003《输气管道工程设计规范》这两本理论中的材料的强度理论而形成的，理论的实现必须满足在载荷强度的作用下限定温度和内部压力等因素的范围，使相同效果的应变能力在弹性作用强度要求下得到实现。根据两组公式进行比较，是一种存在安全系数的具有选择性、弹性的设计，在基于应力的基础上，适用建设的范围为一般性质的地段的管道以及一种强度载荷作用下实现温度差异和内部压力的穿越性工程。1.2基于应变的管道设计方法分析基于应变的设计方法较为新颖，是以极限的设计理念作为依托来设计的，极限状态是说工程的结构必须发生在某种无法再提供原本具备的功能的临界边缘，突破和超越这个边界值，对于特定的某种形式的结构可能产生失效性。在CSA-Z662-2011、DNV-OS-F101-2005等诸多指龙源期刊网标进行对管道极限的分类，分为临界的极限状态和适应性的临界状态。极限状态下的临界是指管道不具备任何的功能的一种极限下的状态；而极限状态下的适应性是指保存了管道的部分使用功能的一种极限状态。在理论上来阐述，在适用性的状态下管道才会发生达到极限下的临界状态的可能性，但是把安全最为最基本的要素考虑，目的在于预防和保护管道无法达到临界极限下的临界状态，就好比是在基于应变的应用上采用设计中的系数一样，依据上文中描述的规范标准设定出适用极限状态，允许完成弹塑性状态，条件是管道的基于应力数值同屈服应力持平或者大于屈服用力，但是始终同临界极限状态保持适度的距离，管道仍能有效的运行，不会造成泄漏事件、火灾现象、污染以及爆炸等灾害性事件的次生，在地质灾害发生后，为有效抢修创造了有利条件。基于这方面的考虑，将基于应变的设计管道强度的理念和方式适时的提出。当管道材料的本身从适用性极限状态达到并超过屈服极限状态而正处在塑造和改变管道造型的阶段时，管道材料的应力和应变的走向呈曲线比较平稳的阶段，若将应力仍然作为参考控制的标准参量，应力出现的微小误差将导致应变较大的误差，大大提升管道到达临界极限状态的可能性，因此，必须将应变作为控制参量才能够对造成的误差进行有效防护。2基于应变的适用条件区别应力和应变两种设计方案的关键在于：首先，工作具有不同的区域性，在只存在弹性设计的构件当中，基于应力和应变的设计是一致的，在这种情况下，基于应变的弹性设计是为处在弹塑性状态下的构件量身定做的；其次，参量的控制是不同的，管道的等效应力是指将应变状态下的控制数值作为参考量，而基于应变强度设计的控制参量则是以轴向应变的管道作为依据，将不同形式的力定位适度的载荷形式，而选择适度的载荷形式往往定位在土壤的位移。因此，基于应变管道强度的设计必须同时满足3个条件：第一，是载荷下的结构必须受位移的有效控制，例如对土壤位移的控制；第二，管道的载荷结构的大小对构件能够成功进入弹性起促进作用，因素是譬如重大的地质类灾害；第三，某种工程中不允许构件发生的危险状态的潜在因素是应变过度，例如管道的破裂。3基于应变管道强度设计中的注意事项基于应变设计的注意事项以现在以下两个方面：第一，基于应变设计的出现是为了帮助应力设计实现不能够完成的设计任务而诞生的，并没有将管道材料的全部性能充分发挥和利用，而对管道材料的内容进行充分认定的是将管道设计中的系数提高；第二，管道应用在具有穿越的地质灾害中容易发生的多发地段不具备应变设计，地质灾害存在的风险、管道性能是否安全、控制预防和阻止在哈发生所需的成本、平衡和对比工程的可操作性是决定选择设计方案的关键因素，而应变设计的实施恰巧满足了在目标成本可以接受的范围内实现对安全的控制性。在工程实际施工过程中，必须将两种设计同时考虑，选择适合工程项目的最佳设计方式，将管道在建设施工中的总成本及实施的可行性作为考虑标准，并不一定采用大变形刚就一定在应变的管道强度设计中应用。4结论龙源期刊网总之，无论是在施工中选择任何设计方案都要在工程建设中发挥最大的优势和作用，必须将工程的成本预算和施工的可行性考虑在内，选择适合的设计方案对实现经济效益最大化尤为关键。参考文献[1]中国石油集团工程没计有限责任公司西南分公司.GB50251-2003输气管道工程设计规范[S].北京.中国计划出版社，2003，13（6）：123-132.[2]叶德丰，韩学承，严大凡.等.GB50253-2003输油管道工程设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003，8（4）：12-45.