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),，無論是在施工建筑還是廠房建設(shè)都用到了管道，這個時候的厚壁焊管派上了用場,，無論是在那種場合,，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)的時候,，很可能會對厚壁焊管進(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)時對厚壁焊管施加豎向偏心壓力Pi，對緯表1節(jié)點(diǎn)試件試件編號節(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),，無須反力架裝置;同時，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)荷載相對比例及偏心值試件編號注：表中荷載偏心值單位為mm，符號與坐標(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個位移計,，分別測試節(jié)點(diǎn)中央的X,、Y、Z向位移,。同時,，在緯線桿件加載梁兩端各設(shè)置一個豎向位移計，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)變片和位移計測點(diǎn)編號及位置參見所示,。

　　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。測點(diǎn)C8處的Mises應(yīng)力理論值與實(shí)測值(超過屈服應(yīng)力后未修正)比較見,。

　　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，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，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)過程中在距節(jié)點(diǎn)邊緣400mm的煒線桿件處各布置了一個豎向位移計C51,、C52，由此可測得該點(diǎn)處的豎向位移,。又根據(jù)煒線桿上應(yīng)變片的測值可知在加載至最終時煒線桿件本身仍處于彈性狀態(tài),，這說明該點(diǎn)位移同時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。由此可見,，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節(jié)點(diǎn)的受力性能幾乎沒有任何改善,。加設(shè)通長豎向隔板(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,，傳力途徑仍有中斷，對節(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，Mises應(yīng)力最大值可降低20%;節(jié)點(diǎn)板厚為14mm時,，Mises應(yīng)力最大值可降低34%;節(jié)點(diǎn)板厚為16mm時,，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),，類型和型號的限制,，是一種比較理想的技術(shù)。

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