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：

　　試驗時對厚壁焊管施加豎向偏心壓力Pi，對緯表1節點試件試件編號節點域/經線夾角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，在試件頂部的經線加載梁上施加;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，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，可在節點域各截面處產生拉(壓)彎、扭等內力效應。

　　1.3測試方案在節點區域的前、后兩側面分別布置了三向應變花，編號依次為C1C6(前)C7C12(后)，以分析節點區域的應力分布規律和力線傳遞表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)在節點域前、后兩側面中央各布置了3個位移計，分別測試節點中央的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，以考察節點域的轉角變形性能。(4)節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，從而檢驗加載系統的準確性。節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點域應力分布復雜，應力集中現象明顯，節點域的最大應力遠超過與之相連接的鋼管應力。

　　節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，鼓凸最大點在節點域邊緣。

　　節點具有較大的塑性變形能力;卸載后，有明顯的殘余變形。

　　節點域變形使得桿件之間的連接為非完全剛接。

　　節點域內部及節點與桿件間的連接焊縫未發生破壞。

　　理論分析采用空間板殼單元進行節點有限元分析。加載梁簡化為端部剛性板，外荷作用于其上。

　　2.2.1節點域板件應力從節點域的Mises應力云圖可以看出，節點區域內四個角點處均形成高應力區域，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點后，相通的矩形管在節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。

　　節點端頭加設隔板。在節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)，以間接閉合節點處的傳力路線。主要原因。試件中節點域鋼板與桿件鋼板等厚，也即桿件截面在節點域處的減少未得到任何補償，使應力集中現象特別顯著。

　　2.2.2節點的夾角變形性能試驗過程中在距節點邊緣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。又根據煒線桿上應變片的測值可知在加載至最終時煒線桿件本身仍處于彈性狀態，這說明該點位移同時包含了煒線桿件的彈性變形和節點夾角變形的影響;扣除前者即可得到節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，又建立了一個節點域全剛化的有限元分析模型，其節點域經向、煒向全部用等厚度鋼板封閉，這一節點剛化模型在C51處撓度完全由煒線桿彈性變形引起，而不包括節點夾角變形的影響。這樣，原節點有限元模型與節點剛化模型的C51處撓度差即為表征節點夾角變形的參量，見。由此可見，厚壁焊管雙向貫通式節點受荷后節點并不能保持全剛性。

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

　　僅加設節點端頭豎向或橫向隔板對節點的受力性能幾乎沒有任何改善。加設通長豎向隔板(d，e)部分緩解了角點區域的應力集中現象，但當水平力較大時，傳力途徑仍有中斷，對節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點變為單向貫通節點。

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

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

　　與節點板厚為10mm的標準節點相比，當節點板厚為12mm時，Mises應力最大值可降低20%;節點板厚為14mm時，Mises應力最大值可降低34%;節點板厚為16mm時，Mises應力最大值可降低43%，是一種既保留厚壁焊管雙向貫通節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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