硬質(zhì)聚氨酯保溫管設(shè)計(jì)要點(diǎn)

當(dāng)管道的管徑不大于 DN500 時(shí)，管道只會(huì)出現(xiàn)無(wú)限塑性流動(dòng)、循環(huán)塑性變形、疲勞破壞和整體失穩(wěn)，而不會(huì)有其它方式的破壞出現(xiàn)。針對(duì)這種情況，文獻(xiàn)[2]給出了相應(yīng)破壞方式出現(xiàn)的強(qiáng)度條件。當(dāng)上述強(qiáng)度條件得到滿足時(shí)，DN500 以下的管道將處于安全狀態(tài)。
當(dāng)硬質(zhì)聚氨酯保溫管的管徑大于 DN500 時(shí)，除上述破壞方式外，局部失穩(wěn)和截面橢圓變形出現(xiàn)的概率將大大增加，會(huì)成為大口徑直埋管道的主要失效方式。那么，需要針對(duì)這兩種方式建立新的強(qiáng)度條件，并使管道滿足上述條件，則管道處于安全狀態(tài)，這時(shí)，大口徑預(yù)制保溫管的直埋敷設(shè)是可行的。
硬質(zhì)聚氨酯保溫管設(shè)計(jì)要點(diǎn)

a) 局部失穩(wěn)：給出了驗(yàn)算鋼管管壁局部穩(wěn)定性的強(qiáng)度條件。產(chǎn)生局部失穩(wěn)的因素是管道的軸向應(yīng)變，軸向應(yīng)變?nèi)Q于熱脹變形的大小和熱脹變形的釋放程度。由于冷安裝方式的下的管道溫升大于預(yù)熱安裝方式下的管道溫升，故預(yù)熱安裝方式下，熱脹變形量較小，熱脹變形的釋放與管道補(bǔ)償狀態(tài)有關(guān)，有補(bǔ)償管段的釋放程度要大于無(wú)補(bǔ)償管段的釋放程度。另一方面，局部失穩(wěn)的可能性還與管道的截面性有關(guān)，在軸向應(yīng)變相同的管道中，隨著管壁的增厚而局部失穩(wěn)的可能性減少，而隨著鋼管平均半徑的增大而局部失穩(wěn)的可能性增大。計(jì)算方法如下：
計(jì)算極限狀態(tài)應(yīng)力時(shí)：
r m ／δ≤28.7 則：σ Z max ≤334 MPa；
r m ／δ＞28.7 則：σ Z max ≤[9250(δ／r m )+11.7 ] MPa；
計(jì)算極限狀態(tài)溫差時(shí)：
r m ／δ≤28.7 則：ΔT≤130℃；
r m ／δ＞28.7 則：ΔT≤[3500(δ／r m )+8 ] ℃；
式中：r m  — 鋼管的平均半徑，m；
δ— 鋼管的壁厚，m；
σ Z max — 管道大軸向應(yīng)力，MPa；
ΔT— 管道工作與安裝溫差，℃。
硬質(zhì)聚氨酯保溫管設(shè)計(jì)要點(diǎn)

b) 橢圓化變形：給出了驗(yàn)算土壓力和車輛荷載作用下控制鋼管截面橢圓化變形的穩(wěn)定條件，即保證鋼管截面橢圓化變形不大于鋼管外徑的 30%。產(chǎn)生徑向變形的主要原因是管道上作用的垂直荷載，包括隨埋深增加而加大的土壤荷載和隨埋深增加而減小的車輛荷載。同樣，還與鋼管的截面參數(shù)有關(guān)，在相同的垂直荷載作用下，平均半徑越大，徑向變形越大，管壁越厚，徑向變形越小。當(dāng)埋深較淺或較深時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加大鋼管的壁厚，這樣才能保證局部失穩(wěn)的要求。