厚壁焊管雙向貫通技術(shù)在管道行業(yè)中的應(yīng)用

　　現(xiàn)在廠家也在不斷地進(jìn)行的管道建設(shè)，無(wú)論是在施工建筑還是廠房建設(shè)都用到了管道，這個(gè)時(shí)候的厚壁焊管派上了用場(chǎng)，無(wú)論是在那種場(chǎng)合，哪種用途中，厚壁焊管都發(fā)揮著它的獨(dú)特的作用。厚壁焊管在操作和實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，很可能會(huì)對(duì)厚壁焊管進(jìn)行厚壁焊管雙向貫通，促使厚壁焊管在管道中更為融洽，更為方便和便捷的操作，以下是相關(guān)的實(shí)驗(yàn)供大家進(jìn)行參考：

　　試驗(yàn)時(shí)對(duì)厚壁焊管施加豎向偏心壓力Pi，對(duì)緯表1節(jié)點(diǎn)試件試件編號(hào)節(jié)點(diǎn)域/經(jīng)線夾角a/煒線夾角(V(。)桿件截面/線鋼管施加水平向偏心拉力P2.豎向加載利用龍門架作反力系統(tǒng)，在試件頂部的經(jīng)線加載梁上施加;水平加載采用油壓千斤頂在緯線加載梁之間撐頂，形成張力自平衡系統(tǒng)，無(wú)須反力架裝置;同時(shí)，在試件兩端的緯線加載梁上施加豎向壓力P3以形成扭矩作用。各試件所施加荷載的比例、偏心值如表2所示。由Pl、P2、P3及其偏心距，可在節(jié)點(diǎn)域各截面處產(chǎn)生拉(壓)彎、扭等內(nèi)力效應(yīng)。

　　1.3測(cè)試方案在節(jié)點(diǎn)區(qū)域的前、后兩側(cè)面分別布置了三向應(yīng)變花，編號(hào)依次為C1C6(前)C7C12(后)，以分析節(jié)點(diǎn)區(qū)域的應(yīng)力分布規(guī)律和力線傳遞表2各試件試驗(yàn)荷載相對(duì)比例及偏心值試件編號(hào)注：表中荷載偏心值單位為mm，符號(hào)與坐標(biāo)方向一致(e6除特點(diǎn)。(2)節(jié)點(diǎn)域與鋼管連接焊縫外30mm截面處各布置4片單向應(yīng)變片。(3)在節(jié)點(diǎn)域前、后兩側(cè)面中央各布置了3個(gè)位移計(jì)，分別測(cè)試節(jié)點(diǎn)中央的X、Y、Z向位移。同時(shí)，在緯線桿件加載梁兩端各設(shè)置一個(gè)豎向位移計(jì)，以考察節(jié)點(diǎn)域的轉(zhuǎn)角變形性能。(4)節(jié)點(diǎn)域與厚壁焊管連接焊縫上方30mm處的截面上布置了8個(gè)單向應(yīng)變片，以反算鋼管軸力，從而檢驗(yàn)加載系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。節(jié)點(diǎn)域應(yīng)變片和位移計(jì)測(cè)點(diǎn)編號(hào)及位置參見(jiàn)所示。

　　2試驗(yàn)結(jié)果及理論分析試驗(yàn)結(jié)果節(jié)點(diǎn)域應(yīng)力分布復(fù)雜，應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯，節(jié)點(diǎn)域的最大應(yīng)力遠(yuǎn)超過(guò)與之相連接的鋼管應(yīng)力。

　　節(jié)點(diǎn)域板件變形特征是：一側(cè)面凹陷，中部凹陷大于四周;另一側(cè)面鼓凸，鼓凸最大點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)域邊緣。

　　節(jié)點(diǎn)具有較大的塑性變形能力;卸載后，有明顯的殘余變形。

　　節(jié)點(diǎn)域變形使得桿件之間的連接為非完全剛接。

　　節(jié)點(diǎn)域內(nèi)部及節(jié)點(diǎn)與桿件間的連接焊縫未發(fā)生破壞。

　　理論分析采用空間板殼單元進(jìn)行節(jié)點(diǎn)有限元分析。加載梁簡(jiǎn)化為端部剛性板，外荷作用于其上。

　　2.2.1節(jié)點(diǎn)域板件應(yīng)力從節(jié)點(diǎn)域的Mises應(yīng)力云圖可以看出，節(jié)點(diǎn)區(qū)域內(nèi)四個(gè)角點(diǎn)處均形成高應(yīng)力區(qū)域，應(yīng)力集中明顯;隨著遠(yuǎn)離角點(diǎn)，應(yīng)力衰減很快。測(cè)點(diǎn)C8處的Mises應(yīng)力理論值與實(shí)測(cè)值(超過(guò)屈服應(yīng)力后未修正)比較見(jiàn)。

　　采用厚壁焊管雙向貫通式節(jié)點(diǎn)后，相通的矩形管在節(jié)點(diǎn)部位有兩塊板件被斷開(kāi)，造成傳力面積減少，使得彎矩引起的應(yīng)力傳遞路線曲折，這是造成應(yīng)力集中的增加節(jié)點(diǎn)域板件厚度，即增大鋼板平面外的抗彎剛度及平面內(nèi)的薄膜剛度。

　　節(jié)點(diǎn)端頭加設(shè)隔板。在節(jié)點(diǎn)端頭與球殼桿件施焊時(shí)，在其端頭部位加設(shè)豎向或水平隔板(b、c)，以間接閉合節(jié)點(diǎn)處的傳力路線。主要原因。試件中節(jié)點(diǎn)域鋼板與桿件鋼板等厚，也即桿件截面在節(jié)點(diǎn)域處的減少未得到任何補(bǔ)償，使應(yīng)力集中現(xiàn)象特別顯著。

　　2.2.2節(jié)點(diǎn)的夾角變形性能試驗(yàn)過(guò)程中在距節(jié)點(diǎn)邊緣400mm的煒線桿件處各布置了一個(gè)豎向位移計(jì)C51、C52，由此可測(cè)得該點(diǎn)處的豎向位移。又根據(jù)煒線桿上應(yīng)變片的測(cè)值可知在加載至最終時(shí)煒線桿件本身仍處于彈性狀態(tài)，這說(shuō)明該點(diǎn)位移同時(shí)包含了煒線桿件的彈性變形和節(jié)點(diǎn)夾角變形的影響;扣除前者即可得到節(jié)點(diǎn)夾角變形所引起的位移。為此，在上述有限元分析模型基礎(chǔ)上，又建立了一個(gè)節(jié)點(diǎn)域全剛化的有限元分析模型，其節(jié)點(diǎn)域經(jīng)向、煒向全部用等厚度鋼板封閉，這一節(jié)點(diǎn)剛化模型在C51處撓度完全由煒線桿彈性變形引起，而不包括節(jié)點(diǎn)夾角變形的影響。這樣，原節(jié)點(diǎn)有限元模型與節(jié)點(diǎn)剛化模型的C51處撓度差即為表征節(jié)點(diǎn)夾角變形的參量，見(jiàn)。由此可見(jiàn)，厚壁焊管雙向貫通式節(jié)點(diǎn)受荷后節(jié)點(diǎn)并不能保持全剛性。

　　3不同節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的力學(xué)性能比較結(jié)合節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)，采用數(shù)值分析方法，在不改變節(jié)點(diǎn)外形的條件下，針對(duì)不同的構(gòu)造方式進(jìn)行節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能比較。

　　僅加設(shè)節(jié)點(diǎn)端頭豎向或橫向隔板對(duì)節(jié)點(diǎn)的受力性能幾乎沒(méi)有任何改善。加設(shè)通長(zhǎng)豎向隔板(d，e)部分緩解了角點(diǎn)區(qū)域的應(yīng)力集中現(xiàn)象，但當(dāng)水平力較大時(shí)，傳力途徑仍有中斷，對(duì)節(jié)點(diǎn)的整體受力性能的改善有限。上述兩種方法使得厚壁焊管雙向貫通節(jié)點(diǎn)變?yōu)閱蜗蜇炌ü?jié)點(diǎn)。

　　加設(shè)雙向通長(zhǎng)隔板后(剛化節(jié)點(diǎn)模型)，節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能得到改善，其節(jié)點(diǎn)域的Mises應(yīng)力最大值只有原來(lái)的1/3，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，已完全不是貫通式節(jié)點(diǎn)。

　　在保證厚壁焊管雙向貫通的特點(diǎn)之下，增加節(jié)點(diǎn)域的鋼板厚度，可以比較明顯地降低節(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力水平。

　　與節(jié)點(diǎn)板厚為10mm的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)相比，當(dāng)節(jié)點(diǎn)板厚為12mm時(shí)，Mises應(yīng)力最大值可降低20%;節(jié)點(diǎn)板厚為14mm時(shí)，Mises應(yīng)力最大值可降低34%;節(jié)點(diǎn)板厚為16mm時(shí)，Mises應(yīng)力最大值可降低43%，是一種既保留厚壁焊管雙向貫通節(jié)點(diǎn)特點(diǎn)又改善其力學(xué)性能的簡(jiǎn)便而有效的方法.

　　技術(shù)總結(jié)：厚壁焊管雙向貫通技術(shù)適用于多家管道，不受管道技術(shù)，類型和型號(hào)的限制，是一種比較理想的技術(shù)。

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