管道第四章之管道的屈曲

第四章管道的屈曲分析屈曲也稱為失穩(wěn)，是指結(jié)構(gòu)喪失了保持其原有平衡形狀的能力。由于管道的薄壁、細(xì)長的結(jié)構(gòu)特性，在其受力和變形條件稍有惡化時，容易產(chǎn)生屈曲破壞。與陸上管道相比，海底管道可能更容易發(fā)生屈曲破壞。管道產(chǎn)生屈曲的原因，通常有外壓作用下的彈性失穩(wěn)、機(jī)械作用或管道本身缺陷造成的局部屈曲、彎曲屈曲和象“壓桿”一樣的縱向屈曲等。彎曲屈曲U形屈曲雙凹屈曲變平化屈曲屈曲分析的內(nèi)容軸向屈曲地下埋設(shè)管道局部屈曲屈曲上浮屈曲海底埋設(shè)管道屈曲傳播機(jī)械作用外壓地下埋設(shè)管道4-1

地下管道的軸向穩(wěn)定性在嵌固段，管道所受到的最大軸向力為：管道軸向穩(wěn)定性的驗算條件

n——安全系數(shù)，可取n=0.6~0.75。臨界載荷

直線管道的撓曲微分方程式各系數(shù)分別為逆解法：假設(shè)管道失穩(wěn)時的彎曲形狀為可以求得失穩(wěn)時，軸向位移與橫向位移相比只是一個二階小數(shù)，可忽略不計。適用于直線管道（或曲率半徑1000D的彎曲管道）。

土壤的壓縮抗力系數(shù)K0土壤性質(zhì)土壤名稱K0,kgf/cm3密度小的土壤中等密度的土壤

泥煤土流砂軟濕土新填砂壓實砂礫石濕粘土0.05~0.10.1~0.50.1~0.50.1~0.50.5~5.00.5~5.00.5~5.0向上彎曲時式中:

0——計算曲率半徑，m；

q——管道向上位移時的土壤極限阻力，，N/m；

q0——管道所受的向下壓力,，N/m；

q1——管子本身和管內(nèi)流體重量，N/m；

q2——壓重物（如土壤和固定支墩）的重量或錨栓對管道的拉力，N/m；n——土壤的載荷系數(shù)，n=0.8~1.2；

qcr——土壤抗管道作向上的橫向位移時的臨界支承力，N/m。ｑ0=q1+q2ｑ=q0+qcr土壤的臨界支承力式中：γso——管頂填土的容重，N/m3；

φ——土壤內(nèi)摩擦角；

C——土壤粘著力。當(dāng)向上彎曲管道的軸向穩(wěn)定性得不到保證時，可采用增加埋深、設(shè)置固定墩或錨固等方法。

4-2海底管管線的的上浮浮屈曲曲海底（（或地地震液液化土土）覆覆蓋土土層的的剛性性較小小，管管子容容易因因屈曲曲而產(chǎn)產(chǎn)生向向上拱拱的彎彎曲變變形，，稱為為上浮浮屈曲曲。上浮屈屈曲產(chǎn)產(chǎn)生過過量的的垂直直位移移和塑塑性變變形，，被認(rèn)認(rèn)為是是一種種失效效情形形。和鐵路路鐵軌軌中的的熱脹脹屈曲曲相類類似。。上浮屈屈曲的的形狀狀臨界載載荷與與長度度兩式須須聯(lián)立立求Pcr。安全溫升升不同覆蓋蓋土層載載荷不同摩擦擦系數(shù)4-3壓扁在沖擊載載荷的作作用下，，會產(chǎn)生生較大的的塑性變變形，即即被壓扁扁。壓扁的影影響壓扁深度度大于管管道直徑徑5%時，影響響清管球球的通過過；壓扁深度度大于管管道直徑徑8%時，影響響管道的的爆破強(qiáng)強(qiáng)度；壓扁處容易在在疲勞載荷下下產(chǎn)生裂紋。。壓扁分析的Wierzbicki（維茲比基））模式忽略了環(huán)向彎彎曲和軸向拉拉伸的塑性相相互作用；忽略了彈塑性性變形的相互互作用；忽略了應(yīng)變硬硬化；假定沖擊載荷荷作用于垂直直于管道的平平面內(nèi)。塑性鉸壓扁處的位移移4-4管道在外壓作作用下的穩(wěn)定定性對于外壓作用用下的管子，，穩(wěn)定性是必必須優(yōu)先考慮慮的因素。理想圓管的臨臨界壓力：當(dāng)管子承受的的外壓大于臨臨界值時，管管子將不能保保持圓形形狀狀或完全坍塌塌?？紤]實際管子子不是理想的的圓形，并且且受環(huán)向和彎彎曲應(yīng)力的聯(lián)聯(lián)合作用，其其臨界壓力值值會大大減小小。例：Ф273×6鋼管能承受的的極限外壓計算結(jié)果：4-5海底管道的屈屈曲傳播局部屈曲屈曲傳播止屈措施1、局部屈曲對管子局部屈屈曲可定義為為：管子截面面扁平化或翹翹曲折皺超過過規(guī)定的限度度。實際管子存在在殘余的橢圓圓度，而且還還可能產(chǎn)生顯顯著的塑性變變形。因此，，管道的失穩(wěn)穩(wěn)的臨界外壓壓是材料屈服服極限的函數(shù)數(shù)。考慮實際管子子不可能是理理想的圓形，，并且受環(huán)向向和彎曲應(yīng)力力的聯(lián)合作用用，其臨界壓壓力值會大大大減小。Mcr和pcr分別是管道單獨受受彎曲和外壓時的的臨界值。2、屈曲傳播管道的局部屈曲可可以傳播，傳播的的速度異常迅速，，屈曲傳播的長度度有幾百米至上千千米。屈曲起始壓力和屈屈曲傳播壓力。屈曲發(fā)生屈曲傳播屈曲傳播停止一旦造成管道屈曲，肯定傳播管道的屈曲傳播壓壓力的確定（試驗驗和理論研究）傳播壓力只取決于于屈服極限和徑厚厚比。BattelleDNV3、止屈器為了防止屈曲和和屈曲的傳播，，可以采取以下下兩種措施：加大全線管壁厚厚度：可行，但但不經(jīng)濟(jì)管道局部加厚，，或采用止屈器器，使屈曲傳播播只限于兩止屈屈器之間。止屈器的形式a）活動式（套筒式式）屈曲限制器器；b）厚壁管筒式（或或整體式）屈曲曲限制器；c）焊接固定式屈曲曲限制器。本章小結(jié)幾種常見的屈服服形式有：軸向向屈曲、上浮屈屈曲、壓扁、外外壓下的屈曲、、屈曲傳播等；；陸上管道的屈曲曲驗算的安全系系數(shù)取0.60~0.75;在陸地管道的屈屈曲分析中需要要考慮土壤剛度度的影響；按考考慮管道的彎曲曲曲率和不考慮慮管道的彎曲