使用Caesar II进行地下管道应力分析的基础(附PDF)

亚博竞彩群什么是地埋管/管道?

地下或埋地管道(或管道)是所有在地面以下运行的管道。在每个过程工业中，都会有一些管线(下水道或排水系统，卫生管线和雨水管线，烈酒或饮用水管道等)，其中一部分通常在地下运行。然而，术语地埋管道或地下管道，在真正的意义上，出现了管道行业数英里长的管道将会输送液体。

地下管道系统分析

分析地下管道与分析工厂管道有很大不同。由于管道的独特特征、代码需求和分析所需的技术，因此涉及到一些特殊的问题。分析要素包括管道运动、锚固力、土体摩擦力、横向土体力和土管相互作用。

为什么管道应力分析不同于管道应力分析?

去欣赏管道代码需求想象其中涉及的问题管道应力分析，首先有必要将管道与工厂管道区分开来。管道的独特特征包括:

管道许用应力大

管道的形状相当简单。它是圆形的，通常在转弯前跑几英里。因此，应力计算都是基于简单的静力平衡公式，是非常可靠的。由于产生的应力是可预测的，因此所使用的许用应力要比工厂管道中使用的高得多。

高屈服强度管

要提高允许度，第一个障碍是屈服强度。虽然超出屈服强度的管道运行可能不会产生结构完整性问题，但可能会引起不希望的过度变形和应变后续的可能性。因此，在管道施工中通常采用屈服极限强度比非常高的高试线。一些管道的屈服强度可高达极限强度的80%。所有许用应力仅以屈服强度为依据。

高压延伸(低音效果)：

管道的运动通常是由于扩张在低温差下，一条很长的线。压力延伸，在工厂管道中可以忽略不计，贡献了大部分的总运动，必须包括在分析中。

污水管相互作用

管道的主要部分埋在地下。任何管道运动都必须克服土力，土力可以分为两类:滑动产生的摩擦力和推动产生的压力。管道分析的主要任务是研究土壤-管道的相互作用，这在工厂管道分析中从未涉及过。

设计温度低

通常这些线路的设计温度不高(60到82摄氏度)，地下部分只需要热应力检查就足够了。地下管道常用的材料有碳钢，球墨铸铁、铸铁、不锈钢等玻璃钢/ GRP．

在本文中，我将尝试解释使用Caesar II分析此类系统时所遵循的步骤。但是，本文并没有涵盖基本理论进行分析。

U/G管应力分析所需输入

在继续分析埋地管道的使用之前凯撒二世从相关部门收集以下信息

1. 管道布置部提供的管道等距图或GA图。
2. 生产线参数(温度，压力，材料，流体密度等)从工艺部门。
3. 来自民政部门的土壤特性。

凯撒II地下管道分析

CAESAR II地下管道建模器旨在简化用户对地下管道数据的输入。为了实现这一目标，“Modeler”为分析师执行以下功能:

允许直接输入土壤性质。“建模器”包含本报告后面概述的埋地管道刚度方程。利用这些方程，首先计算了每长度管道的刚度，然后生成了模拟离散地埋管约束的约束。

分解直管和弯管长度以定位土壤约束。CAESAR II使用区域概念来分解直线和弯曲的部分。在横向轴承是一个问题(靠近弯道，三通和入口/出口点)，土壤约束位于近距离，而在轴向载荷占主导地位，土壤约束间隔很远。

允许在每个管道长度的基础上直接输入用户定义的土壤刚度。输入参数包括轴向、横向、向上和向下的刚度，以及极限载荷。用户可以单独指定用户定义的刚度，或者结合CAESAR II自动生成的土壤刚度。

在《凯撒2》中遵循建模步骤

如果你手头有所有的数据，埋地管道的建模是非常容易的。建模的步骤如下:

在等距模型中，线路与地面管道模型中的线路相同，即在Caesar电子表格中输入线路属性，通过将线路分成几个节点来输入长度，或选择一个现有的作业将其转换为地下模型。

分析人员可以通过选择一个现有的作业，然后从CAESAR II主菜单中选择Input-Underground来启动埋管建模器。Modeler的设计目的是读取标准CAESAR II输入数据文件，该文件描述了管道系统的基本布局，就像它没有被掩埋一样。从这个基本输入，CAESAR II创建第二个输入数据文件，其中包含埋地管道模型。第二个输入文件通常包含比第一个作业多得多的元素和限制。作为“模式”的第一个工作被称为原始工作。第二个文件包含元素网格细化和埋管约束，称为埋管作业。CAESAR II通过在原来的工作名称后附加一个“B”来命名被埋葬的工作。

当埋地管道建模器最初启动时，出现以下屏幕:

这个电子表格用于为作业输入隐藏的元素描述。隐藏元素描述电子表格有以下几个功能:

• 它允许分析人员定义管道系统的哪一部分被埋。
• 允许分析人员定义特定元素末端的网格间距。
• 允许输入用户定义的土壤刚度。

从/到节点

CAESAR II中的任何管道元素都可以由两个元素定义，第一个是起点，第二个是端点。在埋地管道模型中，在转换之前，From/ To节点保持与未埋地模型中的相同。

土壤模型

该列用于定义模型中哪些元素被隐藏。该列中的非零项表示关联元素被隐藏。这一列中的1表示分析师希望在模型的这一点上输入用户定义的刚度，以每个管道长度为基础。这些刚度必须从第6列到第13列。土壤模型编号中大于1的任何数字。列指向CAESAR II土壤约束模型，该模型使用稍后在分析人员输入的土壤数据的土壤模型中概述的方程生成。

从/到网格类型

地下管道系统建模的一个关键部分是1区承载区域的正确定义。这些区域主要发生在:

• 改变方向的两边
• 所有管道框架成一个交叉
• 在管道进入或离开土壤的地方
• CAESAR II自动将1区网格梯度在管道框架的每一边变成一个弯头。请注意，分析人员有责任告诉CAESAR II其他Zone 1区域在管道系统中的位置。

用户定义的刚度和极限荷载

电子表格中有13列。列6到13携带用户定义的土壤刚度和极限荷载(如果分析人员定义了土壤模型1)。分析人员必须输入横向、轴向、向上和向下的刚度和载荷。

过程

选择原始作业并进入埋地管道建模器。原来的工作必须已经存在，并将作为新的埋地管道模型的基础。原始模型应该只包含要埋设的管道系统的基本几何形状。建模者将删除任何现有的约束(在隐藏的部分)。在掩埋模型中添加任何地下约束。如果CAESAR II默认名称不合适，则重命名隐藏作业。

使用土壤模型输入土壤数据。

描述管道系统的埋地部分，并使用埋地元素数据电子表格定义任何所需的细网格区域。

通过激活Convert Input选项，将原始模型转换为隐藏模型。此步骤生成转换的详细描述。

退出埋管建模器，返回到CAESAR II主菜单。从这里，分析人员可以对埋管作业进行分析。

创建土壤模型的步骤和其他重要的考虑因素包括在以下文章中:利用Caesar II进行地下管道应力分析。点击这里阅读那篇文章。

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