厚壁焊管双向贯通技术在管道行业中的应用

　　现在厂家也在不断地进行的管道建设，无论是在施工建筑还是厂房建设都用到了管道，这个时候的厚壁焊管派上了用场，无论是在那种场合，哪种用途中，厚壁焊管都发挥着它的独特的作用。厚壁焊管在操作和实验的时候，很可能会对厚壁焊管进行厚壁焊管双向贯通，促使厚壁焊管在管道中更为融洽，更为方便和便捷的操作，以下是相关的实验供大家进行参考：

　　试验时对厚壁焊管施加竖向偏心压力Pi，对纬表1节点试件试件编号节点域/经线夹角a/炜线夹角(V(。)杆件截面/线钢管施加水平向偏心拉力P2.竖向加载利用龙门架作反力系统，在试件顶部的经线加载梁上施加;水平加载采用油压千斤顶在纬线加载梁之间撑顶，形成张力自平衡系统，无须反力架装置;同时，在试件两端的纬线加载梁上施加竖向压力P3以形成扭矩作用。各试件所施加荷载的比例、偏心值如表2所示。由Pl、P2、P3及其偏心距，可在节点域各截面处产生拉(压)弯、扭等内力效应。

　　1.3测试方案在节点区域的前、后两侧面分别布置了三向应变花，编号依次为C1C6(前)C7C12(后)，以分析节点区域的应力分布规律和力线传递表2各试件试验荷载相对比例及偏心值试件编号注：表中荷载偏心值单位为mm，符号与坐标方向一致(e6除特点。(2)节点域与钢管连接焊缝外30mm截面处各布置4片单向应变片。(3)在节点域前、后两侧面中央各布置了3个位移计，分别测试节点中央的X、Y、Z向位移。同时，在纬线杆件加载梁两端各设置一个竖向位移计，以考察节点域的转角变形性能。(4)节点域与厚壁焊管连接焊缝上方30mm处的截面上布置了8个单向应变片，以反算钢管轴力，从而检验加载系统的准确性。节点域应变片和位移计测点编号及位置参见所示。

　　2试验结果及理论分析试验结果节点域应力分布复杂，应力集中现象明显，节点域的最大应力远超过与之相连接的钢管应力。

　　节点域板件变形特征是：一侧面凹陷，中部凹陷大于四周;另一侧面鼓凸，鼓凸最大点在节点域边缘。

　　节点具有较大的塑性变形能力;卸载后，有明显的残余变形。

　　节点域变形使得杆件之间的连接为非完全刚接。

　　节点域内部及节点与杆件间的连接焊缝未发生破坏。

　　理论分析采用空间板壳单元进行节点有限元分析。加载梁简化为端部刚性板，外荷作用于其上。

　　2.2.1节点域板件应力从节点域的Mises应力云图可以看出，节点区域内四个角点处均形成高应力区域，应力集中明显;随着远离角点，应力衰减很快。测点C8处的Mises应力理论值与实测值(超过屈服应力后未修正)比较见。

　　采用厚壁焊管双向贯通式节点后，相通的矩形管在节点部位有两块板件被断开，造成传力面积减少，使得弯矩引起的应力传递路线曲折，这是造成应力集中的增加节点域板件厚度，即增大钢板平面外的抗弯刚度及平面内的薄膜刚度。

　　节点端头加设隔板。在节点端头与球壳杆件施焊时，在其端头部位加设竖向或水平隔板(b、c)，以间接闭合节点处的传力路线。主要原因。试件中节点域钢板与杆件钢板等厚，也即杆件截面在节点域处的减少未得到任何补偿，使应力集中现象特别显著。

　　2.2.2节点的夹角变形性能试验过程中在距节点边缘400mm的炜线杆件处各布置了一个竖向位移计C51、C52，由此可测得该点处的竖向位移。又根据炜线杆上应变片的测值可知在加载至最终时炜线杆件本身仍处于弹性状态，这说明该点位移同时包含了炜线杆件的弹性变形和节点夹角变形的影响;扣除前者即可得到节点夹角变形所引起的位移。为此，在上述有限元分析模型基础上，又建立了一个节点域全刚化的有限元分析模型，其节点域经向、炜向全部用等厚度钢板封闭，这一节点刚化模型在C51处挠度完全由炜线杆弹性变形引起，而不包括节点夹角变形的影响。这样，原节点有限元模型与节点刚化模型的C51处挠度差即为表征节点夹角变形的参量，见。由此可见，厚壁焊管双向贯通式节点受荷后节点并不能保持全刚性。

　　3不同节点构造的力学性能比较结合节点试验，采用数值分析方法，在不改变节点外形的条件下，针对不同的构造方式进行节点力学性能比较。

　　仅加设节点端头竖向或横向隔板对节点的受力性能几乎没有任何改善。加设通长竖向隔板(d，e)部分缓解了角点区域的应力集中现象，但当水平力较大时，传力途径仍有中断，对节点的整体受力性能的改善有限。上述两种方法使得厚壁焊管双向贯通节点变为单向贯通节点。

　　加设双向通长隔板后(刚化节点模型)，节点的力学性能得到改善，其节点域的Mises应力最大值只有原来的1/3，节点构造复杂，已完全不是贯通式节点。

　　在保证厚壁焊管双向贯通的特点之下，增加节点域的钢板厚度，可以比较明显地降低节点处的应力水平。

　　与节点板厚为10mm的标准节点相比，当节点板厚为12mm时，Mises应力最大值可降低20%;节点板厚为14mm时，Mises应力最大值可降低34%;节点板厚为16mm时，Mises应力最大值可降低43%，是一种既保留厚壁焊管双向贯通节点特点又改善其力学性能的简便而有效的方法.

　　技术总结：厚壁焊管双向贯通技术适用于多家管道，不受管道技术，类型和型号的限制，是一种比较理想的技术。

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