厚壁焊管雙向貫通技術在管道行業中的應用

　　現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(hou)壁焊管(guan)施加(jia)(jia)(jia)豎(shu)向(xiang)(xiang)偏心(xin)壓(ya)(ya)力(li)Pi，對緯(wei)表1節點(dian)試件(jian)試件(jian)編號節點(dian)域/經線夾角(jiao)a/煒線夾角(jiao)(V(。)桿(gan)件(jian)截(jie)面/線鋼管(guan)施加(jia)(jia)(jia)水(shui)平(ping)向(xiang)(xiang)偏心(xin)拉力(li)P2.豎(shu)向(xiang)(xiang)加(jia)(jia)(jia)載(zai)(zai)利用龍門架作反力(li)系(xi)統，在(zai)試件(jian)頂(ding)部的經線加(jia)(jia)(jia)載(zai)(zai)梁(liang)上(shang)施加(jia)(jia)(jia);水(shui)平(ping)加(jia)(jia)(jia)載(zai)(zai)采用油(you)壓(ya)(ya)千斤(jin)頂(ding)在(zai)緯(wei)線加(jia)(jia)(jia)載(zai)(zai)梁(liang)之間撐頂(ding)，形成(cheng)張力(li)自平(ping)衡系(xi)統，無須(xu)反力(li)架裝(zhuang)置;同時，在(zai)試件(jian)兩端(duan)的緯(wei)線加(jia)(jia)(jia)載(zai)(zai)梁(liang)上(shang)施加(jia)(jia)(jia)豎(shu)向(xiang)(xiang)壓(ya)(ya)力(li)P3以形成(cheng)扭矩(ju)作用。各試件(jian)所(suo)施加(jia)(jia)(jia)荷載(zai)(zai)的比例、偏心(xin)值如表2所(suo)示。由Pl、P2、P3及其(qi)偏心(xin)距，可在(zai)節點(dian)域各截(jie)面處產(chan)生拉(壓(ya)(ya))彎、扭等內力(li)效應。

　　1.3測試方(fang)案在節(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)區域(yu)(yu)的前(qian)、后(hou)兩(liang)(liang)側面分(fen)(fen)別布(bu)置了三(san)向(xiang)應(ying)變(bian)花，編(bian)(bian)號依(yi)次為(wei)(wei)C1C6(前(qian))C7C12(后(hou))，以分(fen)(fen)析節(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)區域(yu)(yu)的應(ying)力(li)分(fen)(fen)布(bu)規律和力(li)線(xian)傳遞(di)表2各(ge)試件(jian)(jian)試驗(yan)荷載(zai)相對(dui)比例及偏心值試件(jian)(jian)編(bian)(bian)號注：表中(zhong)荷載(zai)偏心值單位(wei)為(wei)(wei)mm，符(fu)號與(yu)坐標方(fang)向(xiang)一致(e6除特點(dian)(dian)(dian)。(2)節(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)域(yu)(yu)與(yu)鋼管(guan)連接焊縫外30mm截面處(chu)各(ge)布(bu)置4片(pian)單向(xiang)應(ying)變(bian)片(pian)。(3)在節(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)域(yu)(yu)前(qian)、后(hou)兩(liang)(liang)側面中(zhong)央各(ge)布(bu)置了3個(ge)位(wei)移(yi)計(ji)，分(fen)(fen)別測試節(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)中(zhong)央的X、Y、Z向(xiang)位(wei)移(yi)。同時，在緯線(xian)桿件(jian)(jian)加(jia)載(zai)梁兩(liang)(liang)端各(ge)設(she)置一個(ge)豎向(xiang)位(wei)移(yi)計(ji)，以考察節(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)域(yu)(yu)的轉角變(bian)形性(xing)能。(4)節(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)域(yu)(yu)與(yu)厚壁焊管(guan)連接焊縫上方(fang)30mm處(chu)的截面上布(bu)置了8個(ge)單向(xiang)應(ying)變(bian)片(pian)，以反算鋼管(guan)軸力(li)，從而檢驗(yan)加(jia)載(zai)系統的準確性(xing)。節(jie)(jie)(jie)點(dian)(dian)(dian)域(yu)(yu)應(ying)變(bian)片(pian)和位(wei)移(yi)計(ji)測點(dian)(dian)(dian)編(bian)(bian)號及位(wei)置參見(jian)所(suo)示。

　　2試(shi)驗結(jie)果及(ji)理論分(fen)析試(shi)驗結(jie)果節點域應(ying)(ying)力(li)分(fen)布(bu)復雜(za)，應(ying)(ying)力(li)集中現(xian)象明顯，節點域的(de)最大應(ying)(ying)力(li)遠超過(guo)與之相連接的(de)鋼管應(ying)(ying)力(li)。

　　節點(dian)域(yu)板件變形(xing)特(te)征是：一側面(mian)凹陷，中部(bu)凹陷大(da)于四周;另一側面(mian)鼓(gu)凸，鼓(gu)凸最大(da)點(dian)在節點(dian)域(yu)邊緣。

　　節點具有較大的塑性變形能(neng)力;卸載后(hou)，有明顯的殘余變形。

　　節點域變形(xing)使(shi)得桿件(jian)之(zhi)間的連接(jie)為(wei)非完全(quan)剛接(jie)。

　　節點域內部及節點與桿(gan)件(jian)間的連接焊縫未(wei)發生破壞。

　　理(li)論分(fen)析采用(yong)空間板殼單元進行(xing)節點有限(xian)元分(fen)析。加(jia)載(zai)梁簡化為端部剛性(xing)板，外荷作用(yong)于其上。

　　2.2.1節點(dian)(dian)(dian)域板件應(ying)(ying)力(li)從節點(dian)(dian)(dian)域的(de)Mises應(ying)(ying)力(li)云(yun)圖可以看出，節點(dian)(dian)(dian)區域內四個角點(dian)(dian)(dian)處均形成高應(ying)(ying)力(li)區域，應(ying)(ying)力(li)集中明顯;隨著(zhu)遠離角點(dian)(dian)(dian)，應(ying)(ying)力(li)衰減很快(kuai)。測點(dian)(dian)(dian)C8處的(de)Mises應(ying)(ying)力(li)理論值與實測值(超(chao)過屈服應(ying)(ying)力(li)后未修正)比較見。

　　采用(yong)厚(hou)壁焊管雙(shuang)向貫通式節(jie)點后(hou)，相通的矩形管在節(jie)點部位(wei)有兩塊(kuai)板件被(bei)斷開(kai)，造成傳(chuan)力面積減少，使得彎(wan)矩引起(qi)的應(ying)力傳(chuan)遞路(lu)線(xian)曲(qu)折，這是造成應(ying)力集中的增加節(jie)點域板件厚(hou)度，即增大鋼板平面外的抗彎(wan)剛度及平面內的薄(bo)膜剛度。

　　節(jie)點端(duan)(duan)頭加設隔(ge)板(ban)。在節(jie)點端(duan)(duan)頭與(yu)球(qiu)殼桿(gan)(gan)件(jian)(jian)施焊時，在其端(duan)(duan)頭部位加設豎(shu)向(xiang)或水平(ping)隔(ge)板(ban)(b、c)，以間接閉(bi)合節(jie)點處的(de)傳(chuan)力路(lu)線。主要原(yuan)因。試件(jian)(jian)中節(jie)點域(yu)鋼板(ban)與(yu)桿(gan)(gan)件(jian)(jian)鋼板(ban)等(deng)厚(hou)，也(ye)即(ji)桿(gan)(gan)件(jian)(jian)截面(mian)在節(jie)點域(yu)處的(de)減少未得到任(ren)何補償，使應力集中現象(xiang)特別顯著。

　　2.2.2節(jie)點(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)夾角(jiao)變(bian)形(xing)(xing)(xing)性(xing)能試驗過(guo)程中在(zai)(zai)距(ju)節(jie)點(dian)(dian)(dian)邊緣400mm的(de)(de)(de)(de)煒(wei)線(xian)桿(gan)(gan)件處各(ge)布置(zhi)了(le)(le)一個豎向(xiang)位移(yi)計C51、C52，由此可(ke)測得該點(dian)(dian)(dian)處的(de)(de)(de)(de)豎向(xiang)位移(yi)。又(you)根(gen)據煒(wei)線(xian)桿(gan)(gan)上(shang)應變(bian)片的(de)(de)(de)(de)測值可(ke)知在(zai)(zai)加載至最終時煒(wei)線(xian)桿(gan)(gan)件本身仍(reng)處于彈(dan)性(xing)狀態，這說(shuo)明該點(dian)(dian)(dian)位移(yi)同時包含了(le)(le)煒(wei)線(xian)桿(gan)(gan)件的(de)(de)(de)(de)彈(dan)性(xing)變(bian)形(xing)(xing)(xing)和(he)節(jie)點(dian)(dian)(dian)夾角(jiao)變(bian)形(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang);扣除前者即可(ke)得到(dao)節(jie)點(dian)(dian)(dian)夾角(jiao)變(bian)形(xing)(xing)(xing)所引起的(de)(de)(de)(de)位移(yi)。為(wei)此，在(zai)(zai)上(shang)述(shu)有(you)限元(yuan)(yuan)分(fen)析模型(xing)(xing)基礎上(shang)，又(you)建立了(le)(le)一個節(jie)點(dian)(dian)(dian)域全剛(gang)(gang)(gang)化的(de)(de)(de)(de)有(you)限元(yuan)(yuan)分(fen)析模型(xing)(xing)，其節(jie)點(dian)(dian)(dian)域經向(xiang)、煒(wei)向(xiang)全部用(yong)等厚(hou)度鋼板封(feng)閉，這一節(jie)點(dian)(dian)(dian)剛(gang)(gang)(gang)化模型(xing)(xing)在(zai)(zai)C51處撓度完全由煒(wei)線(xian)桿(gan)(gan)彈(dan)性(xing)變(bian)形(xing)(xing)(xing)引起，而不包括(kuo)節(jie)點(dian)(dian)(dian)夾角(jiao)變(bian)形(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)。這樣，原節(jie)點(dian)(dian)(dian)有(you)限元(yuan)(yuan)模型(xing)(xing)與節(jie)點(dian)(dian)(dian)剛(gang)(gang)(gang)化模型(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)C51處撓度差即為(wei)表(biao)征節(jie)點(dian)(dian)(dian)夾角(jiao)變(bian)形(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)參量(liang)，見(jian)。由此可(ke)見(jian)，厚(hou)壁焊管雙向(xiang)貫(guan)通式節(jie)點(dian)(dian)(dian)受荷后節(jie)點(dian)(dian)(dian)并不能保持全剛(gang)(gang)(gang)性(xing)。

　　3不同節點(dian)構造的力(li)(li)學性能比較結合(he)節點(dian)試驗，采(cai)用數(shu)值(zhi)分析方法，在(zai)不改變節點(dian)外形的條件(jian)下，針對不同的構造方式(shi)進行節點(dian)力(li)(li)學性能比較。

　　僅加(jia)設節(jie)(jie)點(dian)(dian)端頭豎向(xiang)或橫(heng)向(xiang)隔(ge)(ge)板(ban)對(dui)節(jie)(jie)點(dian)(dian)的受(shou)力(li)(li)性(xing)能(neng)幾乎沒(mei)有任何改善。加(jia)設通長豎向(xiang)隔(ge)(ge)板(ban)(d，e)部分緩解了角點(dian)(dian)區域的應力(li)(li)集(ji)中現(xian)象，但(dan)當水平(ping)力(li)(li)較大時，傳力(li)(li)途徑(jing)仍(reng)有中斷，對(dui)節(jie)(jie)點(dian)(dian)的整體(ti)受(shou)力(li)(li)性(xing)能(neng)的改善有限(xian)。上(shang)述兩種方法(fa)使得厚壁焊管雙向(xiang)貫通節(jie)(jie)點(dian)(dian)變為單向(xiang)貫通節(jie)(jie)點(dian)(dian)。

　　加設雙向通(tong)長隔板后(hou)(剛化節(jie)點(dian)模型)，節(jie)點(dian)的(de)力學性(xing)能得到改善，其節(jie)點(dian)域(yu)的(de)Mises應力最大值只有原來(lai)的(de)1/3，節(jie)點(dian)構造復雜，已完全(quan)不是(shi)貫(guan)通(tong)式節(jie)點(dian)。

　　在(zai)保(bao)證厚壁焊管雙向貫通的特(te)點(dian)之下，增加節點(dian)域的鋼板厚度，可以(yi)比較明顯地降低節點(dian)處的應力水平。

　　與節(jie)點(dian)(dian)板厚(hou)為(wei)(wei)10mm的標準節(jie)點(dian)(dian)相(xiang)比，當節(jie)點(dian)(dian)板厚(hou)為(wei)(wei)12mm時，Mises應(ying)力(li)最(zui)大(da)(da)值(zhi)(zhi)可(ke)降低20%;節(jie)點(dian)(dian)板厚(hou)為(wei)(wei)14mm時，Mises應(ying)力(li)最(zui)大(da)(da)值(zhi)(zhi)可(ke)降低34%;節(jie)點(dian)(dian)板厚(hou)為(wei)(wei)16mm時，Mises應(ying)力(li)最(zui)大(da)(da)值(zhi)(zhi)可(ke)降低43%，是一種既(ji)保留厚(hou)壁焊管雙向(xiang)貫(guan)通節(jie)點(dian)(dian)特點(dian)(dian)又改善(shan)其(qi)力(li)學性能的簡便而(er)有效的方法(fa).

　　技(ji)術總結：厚壁焊(han)管(guan)雙(shuang)向貫通(tong)技(ji)術適用于多家管(guan)道(dao)，不(bu)受(shou)管(guan)道(dao)技(ji)術，類型和型號的限制(zhi)，是(shi)一種比較(jiao)理想的技(ji)術。

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