厚壁焊管雙向貫通技術在管道行業(yè)中的應用

　　現(xiàn)在廠家也在不斷地進行的管道建設，無論是在施工建筑還是廠房建設都用到了管道，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)揮著它的獨特的作用。厚壁焊管在操作和實驗的時候，很可能會對厚壁焊管進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，以下是相關的實驗供大家進行參考：

　　試驗時對厚壁焊管施加豎向偏心壓力Pi，對緯表1節(jié)點試件試件編號節(jié)點域/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)點域各截面處產(chǎn)生拉(壓)彎、扭等內力效應。

　　1.3測試方案在節(jié)點區(qū)域的前、后兩側面分別布置了三向應變花，編號依次為C1C6(前)C7C12(后)，以分析節(jié)點區(qū)域的應力分布規(guī)律和力線傳遞表2各試件試驗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，符號與坐標方向一致(e6除特點。(2)節(jié)點域與鋼管連接焊縫外30mm截面處各布置4片單向應變片。(3)在節(jié)點域前、后兩側面中央各布置了3個位移計，分別測試節(jié)點中央的X、Y、Z向位移。同時，在緯線桿件加載梁兩端各設置一個豎向位移計，以考察節(jié)點域的轉角變形性能。(4)節(jié)點域與厚壁焊管連接焊縫上方30mm處的截面上布置了8個單向應變片，以反算鋼管軸力，從而檢驗加載系統(tǒng)的準確性。節(jié)點域應變片和位移計測點編號及位置參見所示。

　　2試驗結果及理論分析試驗結果節(jié)點域應力分布復雜，應力集中現(xiàn)象明顯，節(jié)點域的***大應力遠超過與之相連接的鋼管應力。

　　節(jié)點域板件變形特征是：一側面凹陷，中部凹陷大于四周;另一側面鼓凸，鼓凸***大點在節(jié)點域邊緣。

　　節(jié)點具有較大的塑性變形能力;卸載后，有明顯的殘余變形。

　　節(jié)點域變形使得桿件之間的連接為非完全剛接。

　　節(jié)點域內部及節(jié)點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行節(jié)點有限元分析。加載梁簡化為端部剛性板，外荷作用于其上。

　　2.2.1節(jié)點域板件應力從節(jié)點域的Mises應力云圖可以看出，節(jié)點區(qū)域內四個角點處均形成高應力區(qū)域，應力集中明顯;隨著遠離角點，應力衰減很快。測點C8處的Mises應力理論值與實測值(超過屈服應力后未修正)比較見。

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

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

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

　　3不同節(jié)點構造的力學性能比較結合節(jié)點試驗，采用數(shù)值分析方法，在不改變節(jié)點外形的條件下，針對不同的構造方式進行節(jié)點力學性能比較。

　　僅加設節(jié)點端頭豎向或橫向隔板對節(jié)點的受力性能幾乎沒有任何改善。加設通長豎向隔板(d，e)部分緩解了角點區(qū)域的應力集中現(xiàn)象，但當水平力較大時，傳力途徑仍有中斷，對節(jié)點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)點變?yōu)閱蜗蜇炌ü?jié)點。

　　加設雙向通長隔板后(剛化節(jié)點模型)，節(jié)點的力學性能得到改善，其節(jié)點域的Mises應力***大值只有原來的1/3，節(jié)點構造復雜，已完全不是貫通式節(jié)點。

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

　　與節(jié)點板厚為10mm的標準節(jié)點相比，當節(jié)點板厚為12mm時，Mises應力***大值可降低20%;節(jié)點板厚為14mm時，Mises應力***大值可降低34%;節(jié)點板厚為16mm時，Mises應力***大值可降低43%，是一種既保留厚壁焊管雙向貫通節(jié)點特點又改善其力學性能的簡便而有效的方法.

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

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