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    雙螺栓管夾用鋼材的許用應力

    工程上用雙螺栓管夾用鋼材的強度特性值除以一定的安全系數得到基本許用應力。這是大家所熟悉的。對于管道,選擇雙螺栓管夾用鋼材的什么強度特性值,選擇多大的安全系數是要經過一番研究才能確定的。

    選擇雙螺栓管夾用鋼材的什么強度特性值作管道強度計標指標,首先決定于管道的決效類型,其次是目前技術條件是否可以進行某種強度分析計算。選擇多大的安全系數就要顧及各方面的情況,除了考慮到應力計算的準確性和鋼材強度特性的可靠性外,還要考慮到沒法計標的其他失效類型等。因此,不同強度特性的安全系數是不相同的。

    雙螺栓管夾是在高溫下,受各種各樣應力及蒸氣介質的作用下工作的,它有可能因大面積屈服、破斷、低周疲勞、熱疲勞或應力腐蝕等原因而失敗。目前最主要的,而且技術上比較成熟的是防止大面積屈服、破斷與低周疲勞。所以要選用的強度特性值是,常溫強度極限6b;高溫強度極限6bt;高溫屈服極限6st或高溫條件屈服極限60.2t 及持久強度6Dt、。但這些強度特性值不是常數,因此工程上對這些數值的選取就要從安全的角度進行如下規定:

    1)6b—鋼材在20℃時強度極限的最小值;

    2)6st 60.2t  —鋼材在計算溫度下屈服極限或條件屈服極限的最小值;

    3)6Dt、 —鋼材在計算溫度下強度極限的最小值;

    4)6105t62×105t—鋼材在計算溫度下10萬或20萬小時持久強度的平均值,(6105t可以寫成6Dt)。

    目前,名鋼種技術條件均給出新材的屈服極了及強度極限統計的保證最小值。由于持久中度是具有分散帶的大量試驗點用數學處理外推得到的,所以沒有特別聲明均指平均值。一般認為持久強度有±20%的分散帶。所以它的最低值為:

    6tDmin=0.8 6Dt              7—13)

    雙螺栓管夾的應力計算中,只能考慮主要載荷產生的應力,對附加應力,正常溫差溫差力、溫度及壓力的偏差與某些應力集中等,均沒有進行計算。就是被考慮的主要應力,也不是準確計算出來,而是采用簡化的近似計標。又如鋼材性能存在偏差或分散性,使得它的強度特性值不是一個準確的常數。為了補償救上述的不足并約管道壽命留有必要的準備,就要在鋼材強度特性值取用上留有余地。因此,工程上就用安全系數進行考慮。“火力發電廠汽水管道應力計算技術規定(SDGJ6—28)”規定:對6st 60.2t 6Dt 安全系數取1.5;對6Dt 6b安全系數取3。

    雙螺栓管夾及附件的設計中,雖然沒有進行應力集中處的應力計標,但設計原則上要求盡量降低應力集中,并使應力集中系數不大于3。例如構件的名放工作應力的最高限定到基本許用應力,即6 工作≤[6] gt ,如果[6bt/3]作為強度特性指標,設局部應力最大處的應力集中系數為3,即有:

    6max=36工作3[6]gt=3·(6bt/3)= 6bt

     6max6bt            714

    這里可以看出,安全系數取3有可能防止雙螺栓管夾或附件正常的局部交力集中處的損壞。6bt 的安全系數取3,還使得屈強比(6st /6bt )較高的鋼材的基本許用就力只能按6bt來取,這樣規定雖然不直接控制脆性破壞,但它起到選擇鋼性較好的鋼材作為管道材料的條件。

    對于6b安全系數取3,一方面是與6bt的安全系數相協調,本身也為避免管道啟停過程中局面應力中處產生低周疲勞或脆性破壞提供一定的安全保證。

    6bt/1.5當作為強度特性指標時,即有:

    6max=3 6工作3[6]gt=3·(6bt/1.5)= 2 6bt

    6max≤2 6bt            715

    這就是安定分析(第十一章將要談到)所要求的,它使雙螺栓管夾安定在彈性狀態。每次啟停不致出現反復的塑性變形,從而防止產生塑性應變疲勞。

    6Dt對于安全系數也取1.5,因為持久強度試驗點有±20%的分散帶,另外是考慮到應力計標的近似性等問題。同時,也可與6st的安全系數1.5相協調起來。當持久強度取最小值,它的安全系數取1.2,這是因為6tDmin =0.86Dt  ,這樣可以推出,實際上是采用6Dt及安全系數1.5的原則,其關系如下:

     6]gt=6Dmint/1.2= 0.8 6Dt/1.2=6Dt/1.5         (716)

    這樣,我們就得到四個基本許用應力,其值為:

    6g20=6b/3

    6gt=6bt/3

    6gt=6st/1.5 (6t0.2/1.5)                       (716)

    6gt=6Dt/1.5    (6tDmin/1.2)

    鋼材在20的基本許用應力取6b/3,在計標溫度下的基本許用應力有兩種情況:

    1)當計標溫度低于該鋼材開始發生蠕變的溫度時,取6bt/36st/1.5(或6t0.2/1.5)兩者中的最小值為基本許用應力;

    2)當計標溫度等于或高于該雙螺栓管夾用鋼材開始發生蠕變的溫度時,取6st/1.5(或6t0.2/1.5)與6Dt/1.5 兩者中的最小值為基本許用應力。

    上面討論安全系數雖然考慮了許多因素,但它只是最基本的一些因素。因此,應把上述的許用應力稱基本許用應力。

    由于科學研究的進展,以及經濟觀點上的原因,各個國家的安全系數具有所不同的,就是在一個國家也是經常修改的。在西德1975年修定的TRD規范,雙螺栓管夾用強度特性值的6Dt改為6t2×105min ,在內壓下的安全系數由1.5改為1.0;水電部1978年修定的SDGJ678規定,6st 6Dt的安全系數由1.65改為1.5。在一個國家內,對不同工作條件的部件,安全系數的規定也是不同的。如西德的TRD規范,對6t2×105在內壓下安全系數取1.0,在外壓下安全系數取1.2。又如英國BS管道標準806中,對2 1/4CrlM0鋼,設計壽命為15萬小時,安全系數取1.5;設計壽命為1520萬小時,安全系數取1.0;設計壽命為2025萬小時,雙螺栓管夾用安全系數取1.8。

    在工程上,還要考慮構件的特點,如開孔、焊接等因素;有時還考慮結構件的工作條件,中受熱與不受熱、工作壓力是否超過某一限度等因素。以上這些因素不帶普遍性,所以在安全系數中沒有給予考慮,所以遇上有上述情況的結構件,還要對基本許用應力再進行修正,強度計標中的許用應力為η[6]gt,η稱為雙螺栓管夾用基本許用應力的修正系數,它可以在有關的技術規定查了或計算出。

     

    滄州力瑞管道設備有限公司    雙螺栓管夾

     

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