无补偿直埋技术于20世纪80年代传入我国,目前供热管道直埋无补偿设计方法有两种:
一种是北欧的计算方法:应用第四强度理论,形状改变比能是引起材料屈服破坏的主要因素,无论什么应力状态,只要构件内一点处的形状改变比能达到单向应力状态下的极限值,材料就要发生屈服破坏,也就是极限分析法,采用此方法时管道安装需要预热安装;
一种是北京煤气热力工程设计院的计算方法:应用第三强度理论,即采用应力分类:①一次应力,工作压力在管道中产生的内压环向应力、轴向应力等;②二次应力指热胀冷缩受到外力约束时,在直管中产生的应力,如升温产生的轴向压应力、降温产生的轴向拉应力;③三次应力指承受一次应力和二次应力的直管道向结构不连续的管件如三通、变径管、弯管等处释放的变形,在该管件的开口周围产生的应力。以上按应力分类的方法也叫安定性分析,采用此方法时管道冷安装即可。
2直埋供热管道管材分析
应用在供热管道上的管材多为低碳钢Q235。我们首先就要了解低碳钢Q235的材料特性。伸长率δ<5%的材料为脆性材料,伸长率δ>5%的材料为塑性材料。Q235塑性伸长率可达20%~30%(一般取26%),断面收缩率Ψ≈60%。由此可见Q235钢是一种塑性较好的一种材料,从Q235钢拉应力性能曲线上来分析它在不同应力阶段的变化情况。
2.1弹性阶段
OA为弹性变形阶段,σp为比例极限,拉应力与变形保持正比例关系,Q235钢的比例极限σp=200MPa,σe为弹性极限(AB段)δ与ε间的关系不再成正比,但变形仍是弹性的。A与B非常接近,在工程不对弹性极限和比例极限并不严格区分。
2.2屈服阶段
屈服:当应力超过B点到达C点后,应力σ呈现幅度不大的波动而变形却急剧地增长,这种现象称为屈服。C点为屈服高限,D1为屈服低限,通常将屈服低限称为屈服极限,Q235钢的屈服极限σs=235MPa。
2.3强化阶段
强化:经屈服后,材料又增强了抵抗变形的能力,这时要使材料继续变形,就需要增大拉力,这种现象称为强化。D1D段为强化阶段。Q235钢的强化极限σb=375MPa。
2.4局部变形阶段
从D开始,杆件某一局部横截面急剧收缩,出现颈缩现象,到E点时被拉断。