一種內(nèi)壓作用下鋼質(zhì)環(huán)氧套筒修復(fù)管道受力的計(jì)算方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種內(nèi)壓作用下鋼質(zhì)環(huán)氧套筒修復(fù)管道受力的計(jì)算方法，該方法包括以下步驟：計(jì)算修復(fù)管道變形前各層材料的半徑；構(gòu)建修復(fù)管道各層材料所受環(huán)向拉力的平衡方程，計(jì)算變形后修復(fù)管道各層材料的半徑；根據(jù)內(nèi)壓作用建立修復(fù)管道變形前后各層材料的變形協(xié)調(diào)關(guān)系；將修復(fù)管道變形前各層材料的半徑和修復(fù)管道變形后各層材料的半徑，代入修復(fù)管道變形前后各層材料的變形協(xié)調(diào)關(guān)系，計(jì)算界面壓力；根據(jù)修復(fù)管道各層材料所受環(huán)向拉力的平衡方程和界面壓力，計(jì)算各層材料在內(nèi)壓作用下的環(huán)向應(yīng)力。本發(fā)明專利技術(shù)通過提供的計(jì)算方法能得到管道、環(huán)氧樹脂膠體和鋼套筒各部分的應(yīng)力分布進(jìn)而提升鋼質(zhì)環(huán)氧套筒修復(fù)管道的設(shè)計(jì)效果。而提升鋼質(zhì)環(huán)氧套筒修復(fù)管道的設(shè)計(jì)效果。而提升鋼質(zhì)環(huán)氧套筒修復(fù)管道的設(shè)計(jì)效果。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種內(nèi)壓作用下鋼質(zhì)環(huán)氧套筒修復(fù)管道受力的計(jì)算方法


[0001]本專利技術(shù)涉及鋼質(zhì)環(huán)氧套筒修復(fù)壓力管道領(lǐng)域，具體涉及一種內(nèi)壓作用下鋼質(zhì)環(huán)氧套筒修復(fù)管道受力的計(jì)算方法。

技術(shù)介紹

[0002]壓力管道在通過焊接將管段連接成管線過程中，焊接區(qū)域極易產(chǎn)生缺陷，且會(huì)產(chǎn)生較高的殘余應(yīng)力。管道在持壓運(yùn)行過程中，缺陷會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，最終，可能導(dǎo)致管道斷裂，造成嚴(yán)重的事故。因此，針對(duì)管道缺陷進(jìn)行修復(fù)加固成為一項(xiàng)重要的任務(wù)。
[0003]鋼質(zhì)環(huán)氧套筒修復(fù)技術(shù)就是采用鋼套筒和環(huán)氧樹脂膠體在管道外表面形成補(bǔ)強(qiáng)層，將管道上的應(yīng)力由環(huán)氧樹脂膠體傳遞到鋼套筒上，使管道恢復(fù)到正常承載能力水平。圖1為鋼質(zhì)環(huán)氧套筒補(bǔ)強(qiáng)管道的立面示意圖。圖2為鋼質(zhì)環(huán)氧套筒補(bǔ)強(qiáng)管道的剖面示意圖。因?yàn)殇撎淄餐ㄟ^高強(qiáng)螺栓或焊接方式連接，環(huán)氧樹脂凝固后能夠與管道、鋼套筒緊密切合。
[0004]鋼質(zhì)環(huán)氧套筒修復(fù)技術(shù)具有施工方便、可操作性強(qiáng)、施工過程中管道無需停輸、施工現(xiàn)場無需使用明火、安全性高等優(yōu)點(diǎn)。目前，鋼質(zhì)環(huán)氧套筒修復(fù)技術(shù)已經(jīng)廣泛用于管道缺陷的修復(fù)加固中，但是該技術(shù)在對(duì)鋼質(zhì)環(huán)氧套筒修復(fù)管道的受力情況進(jìn)行分析時(shí)，缺少對(duì)管道、環(huán)氧樹脂膠體和鋼套筒各部的應(yīng)力分布的考慮，導(dǎo)致鋼質(zhì)環(huán)氧套筒修復(fù)管道的設(shè)計(jì)效果并不理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本專利技術(shù)提供的一種內(nèi)壓作用下鋼質(zhì)環(huán)氧套筒修復(fù)管道受力的計(jì)算方法，能得到管道、環(huán)氧樹脂膠體和鋼套筒各部分的應(yīng)力分布進(jìn)而提升鋼質(zhì)環(huán)氧套筒修復(fù)管道的設(shè)計(jì)效果。
[0006]為了達(dá)到上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為：
[0007]一種內(nèi)壓作用下鋼質(zhì)環(huán)氧套筒修復(fù)管道受力的計(jì)算方法，包括以下步驟：
[0008]S1、計(jì)算修復(fù)管道變形前各層材料的半徑；
[0009]S2、構(gòu)建修復(fù)管道各層材料所受環(huán)向拉力的平衡方程，并根據(jù)修復(fù)管道各層材料所受環(huán)向拉力的平衡方程，計(jì)算變形后修復(fù)管道各層材料的半徑；
[0010]S3、根據(jù)內(nèi)壓作用建立修復(fù)管道變形前后各層材料的變形協(xié)調(diào)關(guān)系；
[0011]S4、將步驟S1中修復(fù)管道變形前各層材料的半徑和步驟S2中修復(fù)管道變形后各層材料的半徑，代入步驟S3中修復(fù)管道變形前后各層材料的變形協(xié)調(diào)關(guān)系，計(jì)算界面壓力；
[0012]S5、根據(jù)步驟S2中修復(fù)管道各層材料所受環(huán)向拉力的平衡方程和步驟S4中的界面壓力，計(jì)算各層材料在內(nèi)壓作用下的環(huán)向應(yīng)力。
[0013]進(jìn)一步地，步驟S1包括以下分步驟：
[0014]S11、計(jì)算修復(fù)管道變形前管道的半徑，表示為：
[0015][0016]其中：R1為修復(fù)管道變形前管道的半徑，R為管道的內(nèi)徑，t1為修復(fù)管道中管道的壁厚；
[0017]S12、計(jì)算修復(fù)管道變形前環(huán)氧樹脂膠體的半徑，表示為：
[0018][0019]其中：R2為修復(fù)管道變形前環(huán)氧樹脂膠體的半徑，t2為修復(fù)管道中環(huán)氧樹脂膠體的壁厚；
[0020]S13、計(jì)算修復(fù)管道變形前鋼套筒的半徑，表示為：
[0021][0022]其中：R3為修復(fù)管道變形前鋼套筒的半徑，t3為修復(fù)管道中鋼套筒的壁厚。
[0023]進(jìn)一步地，步驟S2包括以下分步驟：
[0024]S21、構(gòu)建修復(fù)管道各層材料所受環(huán)向拉力的平衡方程；
[0025]S22、根據(jù)分步驟S21中的修復(fù)管道各層材料所受環(huán)向拉力平衡方程，計(jì)算修復(fù)管道各層材料的圓弧伸長量；
[0026]S23、根據(jù)分步驟S22中修復(fù)管道各層材料的伸長量，計(jì)算修復(fù)管道變形后各層材料圓弧的長度；
[0027]S24、根據(jù)分步驟S23中修復(fù)管道變形后的圓弧長度，計(jì)算修復(fù)管道變形后各層材料的半徑，表示為：
[0028][0029]其中：R
i
′
為修復(fù)管道變形后各層材料的半徑，S
i
′
為修復(fù)管道變形后的圓弧長度，i＝1為修復(fù)管道中管道，i＝2為修復(fù)管道中環(huán)氧樹脂膠體，i＝3為修復(fù)管道中鋼套筒。
[0030]進(jìn)一步地，步驟S21包括以下分步驟：
[0031]S211、構(gòu)建修復(fù)管道中管道所受環(huán)向拉力的平衡方程，表示為：
[0032][0033]其中：q為修復(fù)管道中管道所受內(nèi)壓，q1為修復(fù)管道中管道外表面和環(huán)氧樹脂膠體內(nèi)表面間的界面壓力，θ為極坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)角，R1為修復(fù)管道變形前管道的半徑，T1為修復(fù)管道中管道所受環(huán)向拉力；
[0034]S212、構(gòu)建修復(fù)管道中環(huán)氧樹脂膠體所受環(huán)向拉力的平衡方程，表示為：
[0035][0036]其中：q2為修復(fù)管道中環(huán)氧樹脂膠體外表面和鋼套筒內(nèi)表面間的界面壓力，R2為修復(fù)管道變形前環(huán)氧樹脂膠體的半徑，T2為修復(fù)管道中環(huán)氧樹脂膠體所受環(huán)向拉力；
[0037]S213、構(gòu)建修復(fù)管道中鋼套筒所受環(huán)向拉力的平衡方程，表示為：
[0038][0039]其中：R3為修復(fù)管道變形前鋼套筒的半徑，T3為修復(fù)管道中鋼套筒所受環(huán)向拉力。
[0040]進(jìn)一步地，步驟S22包括以下分步驟：
[0041]S221、根據(jù)分步驟S21中的修復(fù)管道各層材料所受環(huán)向拉力平衡方程，計(jì)算修復(fù)管道中管道的圓弧伸長量，表示為：
[0042][0043]其中：δ1為修復(fù)管道中管道的1/4圓弧伸長量，T1為修復(fù)管道中管道所受環(huán)向拉力，R1為修復(fù)管道變形前管道的半徑，E1為修復(fù)管道中管道的彈性模量，t1為修復(fù)管道中管道的壁厚；
[0044]S222、根據(jù)分步驟S21中的修復(fù)管道各層材料所受環(huán)向拉力平衡方程，計(jì)算修復(fù)管道中環(huán)氧樹脂膠體的圓弧伸長量，表示為：
[0045][0046]其中：δ2為修復(fù)管道中環(huán)氧樹脂膠體的1/4圓弧伸長量，T2為修復(fù)管道中環(huán)氧樹脂膠體所受環(huán)向拉力，R2為修復(fù)管道變形前環(huán)氧樹脂膠體的半徑，E2為修復(fù)管道中環(huán)氧樹脂膠體的彈性模量，t2為修復(fù)管道中環(huán)氧樹脂膠體的壁厚；
[0047]S223、根據(jù)分步驟S21中的修復(fù)管道各層材料所受環(huán)向拉力平衡方程，計(jì)算修復(fù)管道中鋼套筒的圓弧伸長量，表示為：
[0048][0049]其中：δ3為修復(fù)管道中鋼套筒的1/4圓弧伸長量，T3為修復(fù)管道中鋼套筒所受環(huán)向拉力，R3為修復(fù)管道變形前鋼套筒的半徑，E3為修復(fù)管道中鋼套筒的彈性模量，t3為修復(fù)管道中鋼套筒的壁厚。
[0050]進(jìn)一步地，步驟S23包括以下分步驟：
[0051]S231、根據(jù)分步驟S22中修復(fù)管道各層材料的伸長量，計(jì)算修復(fù)管道變形后管道的圓弧長度，表示為：
[0052][0053]其中：S1′
為修復(fù)管道變形后管道的1/4圓弧長度，T1為修復(fù)管道中管道所受環(huán)向拉力，R1為修復(fù)管道變形前管道的半徑，E1為修復(fù)管道中管道的彈性模量，t1為修復(fù)管道中管道的壁厚；
[0054]S232、根據(jù)分步驟S22中修復(fù)管道各層材料的伸長量，計(jì)算修復(fù)管道變形后環(huán)氧樹脂膠體的圓弧長度，表示為：
[0055][0056]其中：S2′
為修復(fù)管道變形后環(huán)氧樹脂膠體本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種內(nèi)壓作用下鋼質(zhì)環(huán)氧套筒修復(fù)管道受力的計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、計(jì)算修復(fù)管道變形前各層材料的半徑；S2、構(gòu)建修復(fù)管道各層材料所受環(huán)向拉力的平衡方程，并根據(jù)修復(fù)管道各層材料所受環(huán)向拉力的平衡方程，計(jì)算變形后修復(fù)管道各層材料的半徑；S3、根據(jù)內(nèi)壓作用建立修復(fù)管道變形前后各層材料的變形協(xié)調(diào)關(guān)系；S4、將步驟S1中修復(fù)管道變形前各層材料的半徑和步驟S2中修復(fù)管道變形后各層材料的半徑，代入步驟S3中修復(fù)管道變形前后各層材料的變形協(xié)調(diào)關(guān)系，計(jì)算界面壓力；S5、根據(jù)步驟S2中修復(fù)管道各層材料所受環(huán)向拉力的平衡方程和步驟S4中的界面壓力，計(jì)算各層材料在內(nèi)壓作用下的環(huán)向應(yīng)力。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)壓作用下鋼質(zhì)環(huán)氧套筒修復(fù)管道受力的計(jì)算方法，其特征在于，步驟S1包括以下分步驟：S11、計(jì)算修復(fù)管道變形前管道的半徑，表示為：其中：R1為修復(fù)管道變形前管道的半徑，R為管道的內(nèi)徑，t1為修復(fù)管道中管道的壁厚；S12、計(jì)算修復(fù)管道變形前環(huán)氧樹脂膠體的半徑，表示為：其中：R2為修復(fù)管道變形前環(huán)氧樹脂膠體的半徑，t2為修復(fù)管道中環(huán)氧樹脂膠體的壁厚；S13、計(jì)算修復(fù)管道變形前鋼套筒的半徑，表示為：其中：R3為修復(fù)管道變形前鋼套筒的半徑，t3為修復(fù)管道中鋼套筒的壁厚。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種內(nèi)壓作用下鋼質(zhì)環(huán)氧套筒修復(fù)管道受力的計(jì)算方法，其特征在于，步驟S2包括以下分步驟：S21、構(gòu)建修復(fù)管道各層材料所受環(huán)向拉力的平衡方程；S22、根據(jù)分步驟S21中的修復(fù)管道各層材料所受環(huán)向拉力平衡方程，計(jì)算修復(fù)管道各層材料的圓弧伸長量；S23、根據(jù)分步驟S22中修復(fù)管道各層材料的伸長量，計(jì)算修復(fù)管道變形后各層材料圓弧的長度；S24、根據(jù)分步驟S23中修復(fù)管道變形后的圓弧長度，計(jì)算修復(fù)管道變形后各層材料的半徑，表示為：其中：R
i
′
為修復(fù)管道變形后各層材料的半徑，S
i
′
為修復(fù)管道變形后的圓弧長度，i＝1為修復(fù)管道中管道，i＝2為修復(fù)管道中環(huán)氧樹脂膠體，i＝3為修復(fù)管道中鋼套筒。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種內(nèi)壓作用下鋼質(zhì)環(huán)氧套筒修復(fù)管道受力的計(jì)算方法，其特征在于，步驟S21包括以下分步驟：S211、構(gòu)建修復(fù)管道中管道所受環(huán)向拉力的平衡方程，表示為：其中：q為修復(fù)管道中管道所受內(nèi)壓，q1為修復(fù)管道中管道外表面和環(huán)氧樹脂膠體內(nèi)表面間的界面壓力，θ為極坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)角，R1為修復(fù)管道變形前管道的半徑，T1為修復(fù)管道中管道所受環(huán)向拉力；S212、構(gòu)建修復(fù)管道中環(huán)氧樹脂膠體所受環(huán)向拉力的平衡方程，表示為：其中：q2為修復(fù)管道中環(huán)氧樹脂膠體外表面和鋼套筒內(nèi)表面間的界面壓力，R2為修復(fù)管道變形前環(huán)氧樹脂膠體的半徑，T2為修復(fù)管道中環(huán)氧樹脂膠體所受環(huán)向拉力；S213、構(gòu)建修復(fù)管道中鋼套筒所受環(huán)向拉力的平衡方程，表示為：其中：R3為修復(fù)管道變形前鋼套筒的半徑，T3為修復(fù)管道中鋼套筒所受環(huán)向拉力。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種內(nèi)壓作用下鋼質(zhì)環(huán)氧套筒修復(fù)管道受力的計(jì)算方法，其特征在于，步驟S22包括以下分步驟：S221、根據(jù)分步驟S21中的修復(fù)管道各層材料所受環(huán)向拉力平衡方程，計(jì)算修復(fù)管道中管道的圓弧伸長量，表示為：其中：δ1為修復(fù)管道中管道的1/4圓弧伸長量，T1為修復(fù)管道中管道所受環(huán)向拉力，R1為修復(fù)管道變形前管道的半徑，E1為修復(fù)管道中管道的彈性模量，t1為修復(fù)管道中管道的壁厚；S222、根據(jù)分步驟S21中的修復(fù)管道各層材料所受環(huán)向拉力平衡方程，計(jì)算修復(fù)管道中環(huán)氧樹脂膠體的圓弧伸長量，表示為：其中：δ2為修復(fù)管道中環(huán)氧樹脂膠體的1/4圓弧伸長量，T2為修復(fù)管道中環(huán)氧樹脂膠體所受環(huán)向拉力，R2為修復(fù)管道變形前環(huán)氧樹脂膠體的半徑，E2為修復(fù)管道中環(huán)氧樹脂膠體的彈性模量，t2為修復(fù)管道中環(huán)氧樹脂膠體的壁厚；S223、根據(jù)分步驟S21中的修復(fù)管道各層材料所受環(huán)向拉力平衡方程，計(jì)算修復(fù)管道中鋼套筒的圓弧伸長量，表示為：其中：δ3為修復(fù)管道中鋼套筒的1/4圓弧伸長量，T3為修復(fù)管道中鋼套筒所受環(huán)向拉力，
R3為修復(fù)管道變形前鋼套筒的半徑，E3為修復(fù)管道中鋼套筒的彈性模量，t3為修復(fù)管道中鋼套筒的壁厚。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種內(nèi)壓作用下鋼質(zhì)環(huán)氧套筒修復(fù)管道受力的計(jì)算方法，其特征在于，步驟S23包括以下分步驟：S231、根據(jù)分步驟S22中修復(fù)管道各層材料的伸長量，計(jì)算修復(fù)管道變形后管道的圓弧長度，表示為：其中：S1′
為修復(fù)管道變形后管道的1/4圓...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：顧穎，劉光焰，張尉，古松，賈彬，宋靜瑜，張崧，余思宇，陳祥斌，任松波，孔超，朱立，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：四川振通檢測股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：