5.5.1 輸油管道應(yīng)計(jì)算由設(shè)計(jì)內(nèi)壓力、外部載荷和溫度變化所產(chǎn)生的應(yīng)力，并應(yīng)使其小于管道、管道附件及所連接設(shè)備的安全承受能力。
5.5.2 穿越管段的強(qiáng)度驗(yàn)算應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50423的有關(guān)規(guī)定。
5.5.3 埋地輸油管道的直管段和軸向變形受限制的地上管段的軸向應(yīng)力應(yīng)按下列公式計(jì)算：
式中：σa——由于內(nèi)壓和溫度變化產(chǎn)生的軸向應(yīng)力(MPa)，負(fù)值為軸向壓應(yīng)力，正值為軸向拉應(yīng)力；E——鋼材的彈性模量，可取2.05×105MPa；
α——鋼材的線膨脹系數(shù)，可取1.2×10-5℃-1；
t1——管道安裝閉合時(shí)的環(huán)境溫度(℃)；
t2——管道內(nèi)被輸送介質(zhì)的溫度(℃)；
μ——泊桑比，宜取0.3；
σh——由內(nèi)壓產(chǎn)生的環(huán)向應(yīng)力(MPa)；
p——管道的設(shè)計(jì)內(nèi)壓力(MPa)；
d——管道的內(nèi)直徑(m)；
δ——管道的公稱壁厚(m)。
按內(nèi)壓計(jì)算的環(huán)向應(yīng)力應(yīng)小于或等于許用應(yīng)力[σ]，許用應(yīng)力[σ]應(yīng)符合本規(guī)范第5.2.1條的規(guī)定。
5.5.4 埋地管道的彈性敷設(shè)管段和軸向受約束的地上架空管道，在軸向應(yīng)力中均應(yīng)計(jì)入橫向彎曲產(chǎn)生的應(yīng)力。軸向受約束的地上架空管道橫向彎曲引起的軸向應(yīng)力計(jì)算應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《油氣輸送管道跨越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50459的相關(guān)規(guī)定。彈性敷設(shè)管段的彎曲應(yīng)力應(yīng)按下式計(jì)算：
式中：σd——彈性敷設(shè)產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力，負(fù)值為軸向壓應(yīng)力，正值為軸向拉應(yīng)力(MPa)；D——鋼管外直徑(m)；
R——彈性敷設(shè)曲率半徑(m)。
5.5.5 對(duì)于受約束管道應(yīng)按最大剪應(yīng)力破壞理論計(jì)算當(dāng)量應(yīng)力，當(dāng)σa為壓應(yīng)力(負(fù)值)時(shí)，應(yīng)滿足下式要求：
式中：σe——當(dāng)量應(yīng)力(MPa)；σS——鋼管的最低屈服強(qiáng)度(MPa)。
5.5.6 對(duì)于軸向不受約束的架空敷設(shè)管段、埋地管道出土端未設(shè)固定墩的管段，熱膨脹當(dāng)量應(yīng)力應(yīng)按下列公式計(jì)算，且計(jì)算值不應(yīng)大于鋼管的許用應(yīng)力[σ]。
式中：σt——最大運(yùn)行溫差下熱膨脹當(dāng)量應(yīng)力(MPa)；σb——最大運(yùn)行溫差下熱膨脹合成彎曲應(yīng)力(MPa)；
Mi——構(gòu)件平面內(nèi)的彎矩，對(duì)于三通，總管和支管部分的力矩應(yīng)分別考慮(MN·m)；
ii——構(gòu)件平面內(nèi)的應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)，其取值應(yīng)符合本規(guī)范附錄H的規(guī)定；
Mo——構(gòu)件平面外的彎矩(MN·m)；
io——構(gòu)件平面外的應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)，其取值應(yīng)符合本規(guī)范附錄H的規(guī)定；
τ——扭應(yīng)力(MPa)；
Mt——扭矩(MN·m)；
Z——鋼管截面系數(shù)(m3)。
5.5.7 計(jì)算地面管道的熱應(yīng)力時(shí)，管道的全補(bǔ)償值應(yīng)包括熱伸長(zhǎng)值、管道端點(diǎn)的附加位移及有效預(yù)拉伸。預(yù)拉伸的有效系數(shù)宜取0.5。
條文說(shuō)明
5.5 管道的強(qiáng)度校核
5.5.1 本條是為了驗(yàn)證管道應(yīng)力以及同管道連接的設(shè)備、管件的推力和力矩，使之控制在鋼管、管件和設(shè)備所能安全承受的范圍之內(nèi)。
5.5.3 關(guān)于埋地管道由于溫度上升和受流體壓力的綜合作用產(chǎn)生的軸向應(yīng)力計(jì)算，雖然在1973年出版的л·л·勃洛達(dá)夫金所著的《埋設(shè)管線》一書(shū)中，認(rèn)為管道在土壤中并不是完全受約束的，在彎曲管段處尤其如此，并提出對(duì)彎曲管段的溫度應(yīng)力按原來(lái)的計(jì)算值乘以折減系數(shù)。但在歐美各國(guó)的規(guī)范中都是以管道在土壤中完全受約束為根據(jù)的，其計(jì)算公式如本規(guī)范式(5.5.3-1)。蘇聯(lián)也是采用這個(gè)公式。但由于土壤，特別是新回填的土壤，具有一定的孔隙，是可壓縮的，以及由于管道下溝時(shí)的幾何形狀，管道具有一定的柔性，所以，管道在土壤中不是完全受約束的。
5.5.4 埋地管道除了計(jì)算由于熱脹和泊桑應(yīng)力外，尚應(yīng)計(jì)算彈性彎曲應(yīng)力，地面管道則應(yīng)計(jì)算由于管道自重和外部荷載產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。在驗(yàn)算管道的當(dāng)量應(yīng)力時(shí)，均應(yīng)分別計(jì)入上述兩項(xiàng)應(yīng)力。需要注意的是式(5.5.4)適用于徑厚比大于或等于30的薄壁管道。
5.5.5 最大剪應(yīng)力強(qiáng)度理論和變形能強(qiáng)度理論都是考慮了塑性流動(dòng)的強(qiáng)度理論，它們的計(jì)算值都能較好地符合塑性材料的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)，都分別為各國(guó)規(guī)范采用。考慮到最大剪應(yīng)力強(qiáng)度理論的計(jì)算比較簡(jiǎn)單，也稍偏于安全，因此，本規(guī)范采用這條強(qiáng)度理論驗(yàn)算環(huán)向應(yīng)力和軸向應(yīng)力組合的當(dāng)量應(yīng)力，并采用各國(guó)規(guī)范所采用的應(yīng)力限用值。
5.5.6 公式(5.6.5-1)是根據(jù)最大剪應(yīng)力強(qiáng)度理論，計(jì)算不受顯著軸向約束的地面管系的熱脹彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力組合的熱脹當(dāng)量應(yīng)力公式，該公式也可用下式表示：
式中：σt——熱脹當(dāng)量應(yīng)力(MPa)；
Z——鋼管截面系數(shù)(m3)；
MX、MY、MZ——分別為計(jì)算管系沿坐標(biāo)X、Y、Z軸的熱脹作用力矩(MN·m)。
管道在內(nèi)壓、外載和溫度等作用下，在彎管、三通等管件上將產(chǎn)生局部應(yīng)力集中。因此，在計(jì)算應(yīng)力時(shí)，要計(jì)入應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)，以考慮其應(yīng)力增大的影響。由于這些管件上的應(yīng)力狀態(tài)比較復(fù)雜，很難用理論公式準(zhǔn)確計(jì)算應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)，一般常采用試驗(yàn)研究得出的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，如本規(guī)范附錄H中的應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)就是根據(jù)試驗(yàn)推導(dǎo)而得出的平面彎曲和非平面彎曲的應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)。
附錄H還列出了彎管的撓性系數(shù)，也稱柔性系數(shù)。這是考慮彎管在彎矩作用下，彎管截面發(fā)生扁平效應(yīng)，結(jié)果使彎管的剛性比直管減低，即柔性增大。在計(jì)算中，利用撓性系數(shù)將管系中的彎管換算至同一規(guī)格的直管計(jì)算剛度。對(duì)于拔制三通等其他管件，按與三通或管件連接的管子的剛度計(jì)算，即撓性系數(shù)取1.0。
5.5.7 作用在工作狀態(tài)下的地面管系上的荷載除了自重和其他外荷載之外，還應(yīng)包括位移荷載，即包括熱脹、有效預(yù)拉伸及端點(diǎn)附加位移(包括端點(diǎn)的線位移和角位移)。在計(jì)算管系的全補(bǔ)償值時(shí)應(yīng)包括這些附加位移。在端點(diǎn)無(wú)角位移時(shí)，線位移的全補(bǔ)償值可按下列公式計(jì)算：
式中：△XA、△YA、△ZA、AXB、△YB、△ZB——A端或B端的附加線位移(cm)；
△Xt、△Yt、△Zt——計(jì)算管系A(chǔ)B沿坐標(biāo)軸X、Y、Z的熱伸長(zhǎng)值(cm)；
△XP、△YP、△ZP——計(jì)算管系A(chǔ)B沿坐標(biāo)軸X、Y、Z的預(yù)拉伸值(cm)；
ε——預(yù)拉伸有效系數(shù)。
預(yù)拉伸主要是為減小管道工作狀態(tài)下管道的應(yīng)力以及對(duì)設(shè)備的推力和力矩。如果管系布置具有相當(dāng)大的柔性，熱脹應(yīng)力不大，工作狀態(tài)時(shí)對(duì)端點(diǎn)的推力和力矩以及管道應(yīng)力都能滿足要求，則可不進(jìn)行預(yù)拉伸，以減少安裝工作量。
為使預(yù)拉伸產(chǎn)生的力和力矩不致過(guò)大，預(yù)拉伸有效系數(shù)即預(yù)拉伸長(zhǎng)度同全補(bǔ)償值之比一般采用0.5。
鐵路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范
石油化工可燃?xì)怏w和有
