影响管道规范计算的配置设置的综合论述 - CAESAR II - 帮助

CAESAR II 用户指南

Language
中文 (大陆)
Product
CAESAR II
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帮助
CAESAR II Version
12

适用于所有规范的应力增大系数(SIF)

利用下表确定您所需的应力增大系数。

如果存在 ...

则采用 SIF 值为 ...

螺纹连接

2.3

双面焊平焊法兰

1.2

带 B16.9 突缘的松套法兰

1.6

Bonney Forge 嵌入式支管台和插入式焊接支管管件的计算

SIF & 三通辅助对话框的 Weld ID 计算嵌入式支管台和插入式焊接支管管件

如果确定管件焊缝是已整饰或已磨平,则可指定焊缝 ID 以降低应力增大系数。

弯头 SIF 值的重写

自定义弯头应力增大系数的重写会影响弯头的整个横截面,因此不能仅定义在弯头曲线上的一个点。而必须在终止节点上定义弯头的应力增大系数。CAESAR II 将在焊缝与焊缝之间的整个弯头上采用用户定义的应力增大系数,而不使用规范的应力增大系数。

玻璃钢弯头和分支处的默认应力增大系数是 2.3。该值也适用于所有用户修改的弯头和分支。玻璃钢弯头默认的柔性系数是 1.0。如果修改这些值,并且用钢材疲劳试验生成应力增大系数,则可能无法用这些值确定玻璃钢管件的应力增大系数。

CAESAR II 不允许使用 1.0 以下的应力增大系数。

WRC 329

仅有的两个不采用 WRC329 或对异径分支管不运用 ASME NC 和 ND 规则的管道规范是 BS806 和 Swedish Power Method 1。这两种规范不使用有效截面系数,且任何基于 ASME 方法的推导计算引入到这些规范中都是不准确的。

使用 WRC329异径分支(Reduced Intersection) = WRC329 之间略有差别。使用 WRC329 用于不是焊接三通或加强三通的所有等径和异径分支管异径分支(Reduced Intersection) =WRC329 用于不是焊接三通或预制加强三通的异径管件。d/D 小于 0.975 的管件即为异径。

WRC 329 对使用 B31.3,B31.3 第 IX 章,B31.4,B31.4 第 XI 章,B31.1(1967),HPGSL 或 JPI 规范的影响

  1. 在所有应力计算(持续和偶然)中考虑扭转应力。

  2. 使用扭转应力增大系数(r/R)io。

  3. 用 0.6(R/T)2/3 [1+0.5(r/R)3](r/rp) 计算 i(ib)。

  4. 对于 i(ob),采用 1.5(R/T)2/3 (r/R)1/2 (r/rp),且 i(ob)(t/T)>1.5

    当 (r/R) < 0.9 时,采用 0.9(R/T)2/3 (r/rp) 和 i(ob)(t/T)>1.0

    当 (r/R) = 1.0 和 1.0 > (r/R) > 0.9 时,采用插值法

  5. 对于 ir,采用 0.8 (R/T)2/3 (r/R),且 ir > 2.1

  6. 如果连接处半径大于 t/2 或 T/2 中的较大值,则用应力增大系数计算值除以 2.0, 而 ib>1.5 且 ir>1.5。

WRC329 对 B31.1、B31.8、ASME III NC、ASME III ND、Navy 505、CAN Z662 或 Swedish Method 2 规范使用的影响

  1. 对于 ib,采用 1.5(R/T)2/3 (r/R)1/2 (r/rp),且 ib(t/T)>1.5

    当 (r/R) < 0.9 时
    采用 0.9(R/T)2/3 (r/rp),且 ib(t/T)>1.0

    当 (r/R) = 1.0 和
    1.0 > (r/R) > 0.9 时,采用插值法

  2. 对于 ir,采用 0.8 (R/T)2/3 (r/R),且 ir > 2.1

  3. 如果连接处半径大于 t/2 或 T/2 中的较大值,则用应力增大系数计算值除以 2.0,但 ib>1.5 且 ir>1.5。

Bonney Forge 嵌入式支管台趋于保守,因为其常用于核工业管件。Bonney Forge 嵌入式支管台公式计算的应力增大系数可能小于 1,因为其强度大于作为规范管件应力增大系数统一基础的对接环焊缝。CAESAR II不允许使用小于 1.0 的应力增大系数。如果得出的 Bonney Forge 嵌入式支管台应力增大系数小于 1.0,则软件使用默认值 1.0。

Bonney Forge 应力增大系数取自技术手册:“Bonney Forge 应力增大系数”Bulletin 789/Sl-1,Copyright 1976。

虽然CAESAR II允许指定两个分支单元,但不能在同一节点指定两个应力增大系数,以得到一个增大的应力增大系数。例如,不能在同一点指定承插焊应力增大系数和三通应力增大系数。

特定管件的应力计算

当相邻的两个管道存在差异时,这两个单元的连接处将采用较大直径和较小壁厚。对于作为承插焊建模的两个管件,采用较大壁厚。上述这两种选择将生成特定管件最大的应力增大系数,并得到最保守的计算应力。

给出的对接环焊缝的错位是平均错边,而不是最大错边。用户必须确保满足任一最大错边要求。

若承插焊 SIF 定义中给出了焊角高度,则两种承插焊类型的应力增大系数相同。

持续应力指数的 SIF 乘数

设置文件中的 B31.3 持续工况 SIF 因子对 B31.3,B31.3 第 IX 章,B31.4,B31.4 第 XI 章,B31.5,NAVY 505,CAN Z662,B31.1(1967) ,GPTC,HPGSL 和 JPI 规范有影响。

对于 B31.3,B31.3 第 IX 章,B31.4 和 B31.4 第 XI 章,软件将此配置设置默认为 0.75。

对于 B31.8,软件将持续应力指数配置设置中的 SIF 乘子设置为 0.75。

腐蚀

p(r2)te 计算腐蚀后的有效截面模量

式中:

r 是未腐蚀管道的平均截面半径

(te) 是腐蚀后的壁厚

(te) 依据支管和主管的未腐蚀厚度确定,即 Th 和 iTb 中的较小值。先从该壁厚中减去腐蚀余量,再计算有效截面模量。

所有工况均计及腐蚀(All Cases Corroded)配置设置适用于所有管道规范,但以下例外:

  • 对于 B31.3,B31.3 第 IX 章,HPGSL 和 JPI 等规范,软件始终将一次荷载应力类型 SUS,OCC,K1P 和 K2P 设置为考虑腐蚀。软件还为 EN-13480 和 CODETI 规范的一次荷载应力类型进行了相同的设置,其使用了平面内/平面外 SIF 值。

  • 对于 B31.5,除了一次荷载应力类型外,软件还将 HYD 设置为考虑腐蚀

  • 对于 Stoomwezen,IGE/TD/12 和 DNV,所有工况均计及腐蚀(All Cases Corroded)仅适用于 HYD。而对于使用这些规范标准的所有其他荷载工况应力类型,都已考虑了腐蚀

  • 对于 BS 7159,UKOOA 和 ISO 14692,所有工况均计及腐蚀(All Cases Corroded)蚀将被忽略。对于这些规范,软件对所有荷载工况应力类型都考虑腐蚀

使用多种管道规范

如果在一个工作项中使用多个管道规范,则应力输出(Output Stress)报告中顶部显示的标准为建模时最后使用的一个标准。应力增大系数、许用值和规范公式均依据输入中变化的规范来计算。

当同一工作项中存在多个管道规范,且管道规范三通处发生改变时,若分支将连接的三根管子完整建模,则用于得道应力增大系数公式的管道规范即为首个进入分支的主管所采用的管道规范。若分支只有部分建模,则选用首个进入分支管段所采用的管道规范

膨胀应力包括轴向力(产生的应力)

ASME 管道规范主要组合热膨胀应力的力矩。若管道存在较大轴向力趋势时,则这些管道公式就不合适了。这方面的一个例子如埋设或部分埋设的管道。此处的轴向应力就可能非常高。

应力计算中扭转的应用

在持续或偶然应力计算中默认为不考虑扭转的管道规范如下:

B31.3

美国海军 505

B31.5

CAN Z662

B31.8

B31.1 (1967)

管道实施规范 PD 8010-1

GPTC/Z380

HPGSL

JPI

EN 13480
(平面内/
平面外 SIF)

CODETI(法国标准)
(平面内/
平面外 SIF)

上述规范规定加入重量、压力及其它持续荷载引起的纵向应力,不加入扭转。扭转剪切应力不是纵向应力。用户可在设置文件中选择应力中加入扭转(Add Torsion in SL Stress SL)选项,以将扭转加入到持续和偶然应力方程中。上述规范中扭转应力不考虑应力增大,而在电力管道规范中考虑。这种不考虑被视为一种疏漏,WRC329 对此进行了纠正。通过运行前述任意规范,并在设置文件中加入使用 WRC330,可修复该漏洞。

虾米弯头半径的输入

CAESAR II 指定的半径始终是等窄距虾米弯半径。当按推荐的方法将宽间距虾米弯划分成单独的管段斜接弯头后,才能使用管道规范对宽间距虾米弯头进行半径计算。

异径三通的 计算

当 d/D < 0.975 时,按照异径三通计算。

式中:

d = 支管外径

D = 主管外径

B31.1 和 ASME 第 III 卷管道规范规定了异径支管端点的应力增大系数。其他管道规范均无相关应力增大系数规定。设置文件中的异径三通(Reduced Intersection)选项可供其他管道规范用户选用异径管件改进的应力增大系数。用户应查看 B31.1 和 ASME 第 III 卷规范的备注,以确认异径三通计算所需的所有相关输入参数都已设置。

压力增强

当用户选用了没有压力硬化的规范但又要求考虑压力硬化时,CAESAR II 将对所有弯头和两种虾米弯考虑压力硬化。

偶然荷载因子

许用应力评价采用设置文件中默认的偶然荷载系数。下面给出了每个规范中的使用值。

  • B31.1:偶然荷载系数是 1.15。

  • B31.3 和 B31.3 第 IX 章: 偶然荷载系数是 1.33。

  • B31.4:OCC 荷载系数不会影响 CAESAR II 中的 B31.4 分析。

  • B31.4 第 XI 章: OCC 荷载系数不会影响 CAESAR II 中的 B31.4 第 XI 章分析。

  • B31.5:偶然荷载系数是 1.33。

  • B31.8:未明确定义偶然工况。如果输入 OCC 荷载工况,则许用应力默认为持续许用应力的 1.0 倍,即 OCC=1.0。

  • B31.9:OCC 荷载系数为 1.15。

  • ASME 第 III 卷 NC 和 ND 篇:OCC 的默认值是 1.2,偶然许用应力是 1.8 (1.2 X 1.5)Sh,但不超过 1.5Sy。如果 OCC 是 1.5 或 2.0,则许用应力设为 2.25Sh/1.8Sy (C 级)或 3.0Sh/2.0Sy (D 级)的最小值。注意,后面两种工况下,Sh 处输入 Sm 值。

  • 美国海军 505:不涉及偶然工况,但默认采用 B31.1 的方法,OCC 值默认为 1.15

  • Z662:未定义偶然工况,如果用户输入相关信息,则偶然工况的许用应力默认为持续许用应力的 1.0 倍。

  • 英国标准 BS 806:未定义偶然工况,如果用户输入相关信息,则 OCC 荷载工况的许用应力是 KSh。即偶然荷载系数乘以持续许用应力。 k 的默认值是 1.0

  • Swedish 方法 1:不使用 OCC。不区分荷载工况。所有荷载工况使用相同的许用应力 Sigma(ber)/1.5。

  • Swedish 方法 2:采用瑞典管道规范的推荐值,OCC 默认使用 1.2。

  • B31.1(1967):OCC 默认为 1.15。

  • Stoomwezen:OCC 默认为 1.2。

  • RCC-M C&D:OCC 默认为 1.2。

  • CODETI:OCC 默认为 1.15。

  • NORWEGIAN:OCC 默认为 1.2。

  • FBDR:OCC 默认为 1.15。

  • BS 7159:未定义偶然荷载工况。

  • UKOOA:未定义偶然荷载工况。

  • IGE/TD/12:规范中表 4 规定了偶然应力增大。设置文件中的偶然系数与该标准无关。

  • EN-13480:偶然荷载系数根据载荷情况在 1.0 和 1.8 之间变化。详情参见第 12.3.3 节。

  • GPTC/Z380:未明确定义偶然工况。如果输入 OCC 荷载工况,则许用应力默认为持续许用应力的 1.0 倍,即 OCC=1.0。

  • HPGSL:偶然荷载系数是 1.33。

  • JPI:偶然荷载系数是 1.33。

用户可通过设置文件,修改软件默认的偶然荷载系数。以百分比的形式输入该值。