CN114329982B - 一种煤浆管道荷载计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种煤浆管道荷载计算方法，包括以下步骤：(1)将煤浆管道简化为受均布荷载和集中力的杆件，计算均布荷载、集中力以及惯性矩；(2)简化煤浆管道支架，将管道的整体结构划分为基本结构，计算基本结构的杆端弯矩和杆端剪力值；(3)由整体结构的刚结点平衡，重新计算基本结构的杆端弯矩和杆端剪力；(4)根据力的叠加原理，计算均布荷载和集中力同时作用下管道支座处的弯矩和剪力值，进而计算其截面的正应力、切应力以及支座荷载。本发明通过迭代计算煤浆管道极限荷载，不需建立、求解方程组，可以直接列表计算，方法简单，特别适用于多跨的煤浆管道。

Description

一种煤浆管道荷载计算方法
技术领域
本发明涉及管道结构技术领域，具体是一种煤浆管道荷载计算方法。
背景技术
对管道进行合理布置是管道支吊架设计的前提条件，想要设计安全经济、合理美观的管道支吊架，首先需要考虑煤浆管道荷载分布，计算出煤浆管道的荷载。
在煤浆管道支架布置时，管道支座的极限弯矩和极限剪力的大小是支架布置的前提。现有的关于煤浆管道荷载的设计规范主要集中于荷载分类和许用应力，而对于规定实际荷载分布时的管道应力计算，没有具体的计算方式。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种煤浆管道的荷载计算方法，可以科学地计算出煤浆管道的荷载，为优化煤浆管道布置，提高煤浆输送安全性提供理论依据。
本发明提供的技术方案：一种煤浆管道荷载计算方法，包括如下步骤：
(1)将煤浆管道简化为受均布荷载和集中力的杆件，计算均布荷载、集中力以及惯性矩；
(2)简化煤浆管道支座，将管道的整体结构划分为基本结构，计算基本结构的杆端弯矩和杆端剪力值；
(3)由整体结构的刚结点平衡，重新计算基本结构的杆端弯矩和杆端剪力；
(4)根据力的叠加原理，计算均布荷载和集中力同时作用下管道支座处的弯矩和剪力值，进而计算其截面的正应力、切应力以及支座荷载。
进一步的，所述步骤(1)中将充满煤浆的管道简化为受均布荷载q、集中力F的杆件，荷载以向下为正，获得煤浆管道的物理参数，包括外径D、内径d、各段的水平长度Li、管材密度ρg、弹性模量E，输送煤浆的密度ρm和流速u；
计算管道中充满煤浆时的均布荷载q
Figure GDA0003703266740000021
计算长为L0的垂直管段产生的集中力F
Figure GDA0003703266740000022
计算管道对中轴线的惯性矩I
Figure GDA0003703266740000023
进一步的，所述步骤(2)中将管道的固定支架和导向支架简化为固定支座和活动铰支座，将焊接或螺栓连接的管道视为整体结构，将活动铰支座与管道的连接处视为刚结点，将管道的整体结构划分为长为L的基本结构，所述基本结构包括两个固定支座和一根杆，令物理量符号的下标左侧为l，右侧为2，杆端的弯矩、剪力、转角，均以顺时针方向为正；
基本结构受均布荷载q
左侧支座处的剪力、弯矩为
Figure GDA0003703266740000031
右侧支座处的剪力、弯矩为
Figure GDA0003703266740000032
基本结构受集中力F，作用点与左端距离为l
左侧支座处的剪力、弯矩为
Figure GDA0003703266740000033
右侧支座处的剪力、弯矩为
Figure GDA0003703266740000034
进一步的，所述步骤(3)中基本结构的形常数为
杆端弯矩m1＝4i，m2＝2i，杆端剪力
Figure GDA0003703266740000035
整体结构中从左往右，以下标i＝1,2,...,n表示段数，j＝1,2表示杆的左右端，
Figure GDA0003703266740000036
为线刚度，表示材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力；
重新计算基本结构的杆端弯矩和杆端剪力：
弯矩为
Figure GDA0003703266740000037
Figure GDA0003703266740000038
剪力为
Figure GDA0003703266740000041
式中，
Figure GDA0003703266740000042
依次计算整体结构中每个基本结构的荷载，并用M′i,j取代Mi,j，F′Qij取代FQij。
进一步的，有多个基本结构时，一次求解无法平衡所有弯矩，需要通过重复上述步骤，使Δ＝M′ij-Mij变小，趋于精确解。
进一步的，所述步骤(4)中根据力的叠加原理，集中力和均布荷载同时作用于管道导致的荷载，等于其分别作用于管道的荷载之和，支座处截面的正应力、切应力可下式按计算；
Figure GDA0003703266740000043
由支座处受力平衡，支座的荷载满足
FRi＝F′Qi+1,1-F′Qi,2
左、右端支座的荷载分别为
FR0＝F′Q1,1，FRn＝-F′Qn,2。
本发明的有益效果：
(1)本发明基于结构力学和流体力学提出煤浆管道极限荷载的计算方法，可以为煤浆管道支架的布置和设计提供参考；
(2)本发明通过迭代计算煤浆管道极限荷载，不需建立、求解方程组，可以直接列表计算，方法简单，特别适用于多跨的煤浆管道，
附图说明
图1为多跨煤浆管道简化结构图；
图2为均布荷载单独作用于基本结构的示意图；
图3为集中力单独作用于基本结构的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明；
一种煤浆管道的荷载和位移计算方法，包括以下步骤：
(1)将充满煤浆的管道简化为受均布荷载q、集中力F的杆件(荷载以向下为正)，确定荷载分布情况。
获得煤浆管道的物理参数，包括外径D、内径d、各段的水平长度Li、管材密度ρg、弹性模量E，输送煤浆的密度ρm和流速u。
计算管道中充满煤浆时的均布荷载q
Figure GDA0003703266740000051
计算长为L0的垂直管段产生的集中力F
Figure GDA0003703266740000052
计算管道对中轴线的惯性矩I
Figure GDA0003703266740000053
(2)简化煤浆管道支座，将管道的整体结构划分为基本结构，计算基本结构的杆端弯矩和杆端剪力值。
将管道的固定支架和导向支架简化为固定支座和活动铰支座，将焊接或螺栓连接的管道视为整体结构，将活动铰支座与管道的连接处视为刚结点，将管道的整体结构划分为基本结构(长为L)。令物理量符号的下标左侧为l，右侧为2(杆端的弯矩、剪力、转角，均以顺时针方向为正)。
a.基本结构受均布荷载q
左侧支座处的剪力、弯矩为
Figure GDA0003703266740000061
右侧支座处的剪力、弯矩为
Figure GDA0003703266740000062
b.基本结构受集中力F，作用点与左端距离为l
左侧支座处的剪力、弯矩为
Figure GDA0003703266740000063
右侧支座处的剪力、弯矩为
Figure GDA0003703266740000064
(3)由整体结构的刚结点平衡，重新计算基本结构的杆端弯矩和杆端剪力。
基本结构的形常数为
杆端弯矩m1＝4i，m2＝2i，杆端剪力
Figure GDA0003703266740000065
整体结构中从左往右，以下标i＝1,2,...,n表示段数，j＝1,2表示杆的左右端，
Figure GDA0003703266740000066
为线刚度，表示材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力。
重新计算基本结构的杆端弯矩和杆端剪力：
弯矩为
Figure GDA0003703266740000067
Figure GDA0003703266740000071
剪力为
Figure GDA0003703266740000072
式中，
Figure GDA0003703266740000073
依次计算整体结构中每个基本结构的荷载，并用M′i,j取代Mi,j，F′Qij取代FQij。有多个基本结构时，一次求解无法平衡所有弯矩，需要通过重复上述步骤，使Δ＝M′ij-Mij变小，趋于精确解。刚结点平衡时，有Mi,2＝-Mi+1,1。
(4)根据力的叠加原理，计算均布荷载和集中力作用下管道支座处的弯矩和剪力值，进而计算其截面的正应力、切应力以及支座荷载。
根据力的叠加原理，集中力和均布荷载同时作用于管道导致的荷载，等于其分别作用于管道的荷载之和。于是，叠加集中力和均布荷载分别作用于管道的弯矩与剪力，便可求得其共同作用于管道的弯矩与剪力。
支座处截面的正应力、切应力可下式按计算；
Figure GDA0003703266740000074
由支座处受力平衡，支座的荷载满足
FRi＝F′Qi+1,1-F′Qi,2
左、右端支座(支座以0开始编号)的荷载分别为
FR0＝F′Q1,1，FRn＝-F′Qn,2
实施例
实施例的支架结构为固定支架+导向支架+固定支架，管道长分别为l1，l2，弹性模量E，管道内外径相同。刚结点处的下标，i＝1,2,...,n表示段数(支座以0开始编号)，j＝1,2表示基本结构的左右端。按前述步骤计算
a.均布荷载q
整体结构刚结点平衡后的弯矩和剪力：
弯矩，
Figure GDA0003703266740000081
Figure GDA0003703266740000082
剪力，
Figure GDA0003703266740000083
Figure GDA0003703266740000084
导向支架荷载
Figure GDA0003703266740000085
固定支座的荷载分别为
Figure GDA0003703266740000086
b.杆1受集中力F，距离左端距离x
整体结构刚结点平衡后的弯矩和剪力：
弯矩，
Figure GDA0003703266740000091
Figure GDA0003703266740000092
剪力，
Figure GDA0003703266740000093
Figure GDA0003703266740000094
Figure GDA0003703266740000095
导向支架荷载，
Figure GDA0003703266740000096
固定支座的荷载分别为
Figure GDA0003703266740000097
均布荷载和集中力作用下的弯矩和剪力可通过叠加求得。计算涉及的煤浆管道物理参数如表1所示，计算得到的弯矩、剪力、荷载值如表2所示。
表1煤浆管道的物理参数
Figure GDA0003703266740000098
Figure GDA0003703266740000101
表2煤浆管道的弯矩、剪力和支架荷载
Figure GDA0003703266740000102
由上述计算结果，最大弯矩为390.05N·m，最大剪力为-1116.61N，支座最大荷载为2000.80N。于是，管道最大正应力为1.78MPa，最大切应力为0.34MPa，可为煤浆管道的选材和支架设计作参考。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的结构关系及原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种煤浆管道荷载计算方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将煤浆管道简化为受均布荷载和集中力的杆件，计算均布荷载、集中力以及惯性矩；
(2)简化煤浆管道支座，将管道的整体结构划分为基本结构，计算基本结构的杆端弯矩和杆端剪力值；
(3)由整体结构的刚结点平衡，重新计算基本结构的杆端弯矩和杆端剪力；
(4)根据力的叠加原理，计算均布荷载和集中力同时作用下管道支座处的弯矩和剪力值，进而计算其截面的正应力、切应力以及支座荷载。
2.根据权利要求1所述的煤浆管道荷载计算方法，其特征在于：所述步骤(1)中将充满煤浆的管道简化为受均布荷载q、集中力F的杆件，荷载以向下为正，获得煤浆管道的物理参数，包括外径D、内径d、各段的水平长度Li、管材密度ρg、弹性模量E，输送煤浆的密度ρm和流速u；
计算管道中充满煤浆时的均布荷载q
Figure FDA0003703266730000011
计算长为L0的垂直管段产生的集中力F
Figure FDA0003703266730000012
计算管道对中轴线的惯性矩I
Figure FDA0003703266730000021
3.根据权利要求2所述的煤浆管道荷载计算方法，其特征在于：所述步骤(2)中将管道的固定支架和导向支架简化为固定支座和活动铰支座，将焊接或螺栓连接的管道视为整体结构，将活动铰支座与管道的连接处视为刚结点，将管道的整体结构划分为长为L的基本结构，所述基本结构包括两个固定支座和一根杆，令物理量符号的下标左侧为l，右侧为2，杆端的弯矩、剪力、转角，均以顺时针方向为正；
基本结构受均布荷载q
左侧支座处的剪力、弯矩为
Figure FDA0003703266730000022
右侧支座处的剪力、弯矩为
Figure FDA0003703266730000023
基本结构受集中力F，作用点与左端距离为l
左侧支座处的剪力、弯矩为
Figure FDA0003703266730000024
右侧支座处的剪力、弯矩为
Figure FDA0003703266730000025
4.根据权利要求3所述的煤浆管道荷载计算方法，其特征在于：所述步骤(3)中基本结构的形常数为
杆端弯矩m1＝4i，m2＝2i，杆端剪力
Figure FDA0003703266730000031
整体结构中从左往右，以下标i＝1,2,...,n表示段数，j＝1,2表示杆的左右端，
Figure FDA0003703266730000032
为线刚度，表示材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力；
重新计算基本结构的杆端弯矩和杆端剪力：
弯矩为
Figure FDA0003703266730000033
Figure FDA0003703266730000034
剪力为
Figure FDA0003703266730000035
式中，
Figure FDA0003703266730000036
依次计算整体结构中每个基本结构的荷载，并用M′i,j取代Mi,j，F′Qij取代FQij，刚结点平衡时，有Mi,2＝-Mi+1,1。
5.根据权利要求4所述的煤浆管道荷载计算方法，其特征在于：有多个基本结构时，一次求解无法平衡所有弯矩，需要通过重复上述步骤，使Δ＝M′ij-Mij变小，趋于精确解。
6.根据权利要求5所述的煤浆管道荷载计算方法，其特征在于：所述步骤(4)中根据力的叠加原理，集中力和均布荷载同时作用于管道导致的荷载，等于其分别作用于管道的荷载之和，支座处截面的正应力、切应力可下式按计算；
Figure FDA0003703266730000041
由支座处受力平衡，支座的荷载满足
FRi＝F′Qi+1,1-F′Qi,2
左、右端支座的荷载分别为
FR0＝F′Q1,1，FRn＝-F′Qn,2。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102519715A (zh) * 2011-11-25 2012-06-27 中国核电工程有限公司 一种核电站支架强度简化计算方法
CN113378355A (zh) * 2021-05-17 2021-09-10 浙江工业大学 一种考虑弯矩作用的薄壁梁剪切极限强度计算方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101799103A (zh) * 2010-03-26 2010-08-11 哈尔滨工业大学 基于动载荷抑制的多支座大型锅炉的支撑载荷的设计方法
CN106599478B (zh) * 2016-12-16 2020-06-05 深圳中广核工程设计有限公司 核级管道支架的强度计算方法
CN107559543B (zh) * 2017-09-08 2020-10-30 中国交通建设股份有限公司 一种承载结构件、支座、接头组件以及管节组件
CN112613203A (zh) * 2020-11-30 2021-04-06 沪东重机有限公司 一种核应急柴油发电机组燃油系统管道应力分析评价方法
CN112853949A (zh) * 2020-12-09 2021-05-28 河北省同创交通工程配套产品产业技术研究院 一种具有内部应力监测系统的桥梁板式橡胶支座
CN113505405B (zh) * 2021-04-15 2023-03-24 中南大学 等效荷载获取方法、基于等效荷载的拓扑优化方法及系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102519715A (zh) * 2011-11-25 2012-06-27 中国核电工程有限公司 一种核电站支架强度简化计算方法
CN113378355A (zh) * 2021-05-17 2021-09-10 浙江工业大学 一种考虑弯矩作用的薄壁梁剪切极限强度计算方法

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