管道应力计算基于哪几个公式

公称压力跟管材的规格有关系，一般是给出来的，或者通过外径和壁厚对照标准中相关表格查出来的，在做一般塑料管材静液压试验时用不到。一般标准给出的是诱导应力（环应力），可以根据这个应力和外径、壁厚来换算，换算公式为：P=σ×2emin/（dem-emin），σ是指诱导应力（环应力），一般塑料管材的产品标准里是直接给出来的，通过这个就可以算出试验压力P，但是得注意emin是指最小壁厚，dem是指平均外径，都是实测的，不是指公称尺寸。不要把环应力当成试验压力，塑料管都会承受不了的。举例说明：PP-R管材（规格：dn20×2.0）进行静液压试验（20℃，1h），实测平均外径为20.1、壁厚为2.1～2.2，查PP-R产品标准GB/T 18742.2-2002，环应力为16.0MPa，换算P=2×16.0×2.1/（20.1-2.1）=3.73（MPa）。对于铝塑管等管材，试验压力是标准直接给出的。

管道元件变形的基本形式有拉伸（压缩）、剪切、扭转和弯曲共四种，受多种荷载作用的管子变形都可视为这四种基本变形的组合。因此，管道元件的基本变形形式是解决复杂应力状态问题的基础。

实际工程中，很少有受力构件仅承受单一的拉压、剪切、扭转或弯曲载荷，而多是多种载荷的同时作用，即受力构件多处于复杂应力状态。此时如果按照单向拉伸那样，用实验的方法确定其许用应力，需要对各种应力及其组合一一实验，这显然是不现实的。工程上通常依据部分试验结果，利用判断推理的方法，提出一些假说，建立其简单、近似而且适用的强度判断条件。这些假说通常称其为强度理论。

强度理论是关于材料失效现象主要原因的假设，即认为不论是简单应力状态还是复杂应力状态，材料某一类型的破坏是由于某一种因素引起的。据此，可以利用简单应力状态的实验结果，来建立复杂应力状态的强度条件。

在管道强度设计中采用第三强度理论，即最大剪应力强度理论。

根据管状特性,压力管道上的应力分布划分为:

轴向应力, 环向应力, 径向应力, 剪应力.

其中轴向应力包括:

由作用于管道的轴向力引起的管子轴向正应力, 压力引起的轴向正应力, 由作用于管道上的弯距引起的轴向正应力.

环向应力(Sh)的方向垂直于半径指向圆周方向，所以也叫周向应力，它是由管道的内压引起。对于薄壁管，环向应力计算公式为：

Sh =P*D/(2T)

式中：P为管道设计压力；D为管道外径；T为管道壁厚。

径向应力(Sr)的方向沿管道半径方向，垂直于管道表面。内压引起的径向应力在管道内表面为-P，在管道外表面为0。计算公式如下：

Sr =P(Ri2 - Ri2 Ro2/R2)/ (Ro2 - Ri2 )

式中：Ri为管道内壁半径；Ro为管道外壁半径；R为管道轴线到所在点的距离。

轴向应力(Sl)的方向平行于管道轴线，它是由弯矩、压力或作用于管道轴向的力引起。弯矩引起的轴向力在管道截面上沿线性分布，管道最外端受最大轴向拉应力，最内端受最大轴向压应力。弯矩引起的最大轴向力计算公式为：

Sl =Mb*R/I

压力引起的轴向力计算公式为：

Sl =P*D/(4T)

作用于管道轴向的力引起的轴向应力计算公式为：

Sl =FAX/Am

上述式中：Mb为作用于管道上的弯矩；I为管道横截面的惯性矩；FAX为管道轴向力；Am为管壁横截面积。

剪应力是扭矩或作用于管道的剪切力引起。扭矩引起的剪切力计算公式为：

τ =Mn*R/Wn

式中：Mn为作用在管道上的扭矩；Wn为管道抗扭截面模量。

作用于管道的剪切力引起的剪应力计算公式为：

τ =V*Q/Am

式中：V为作用在管道上的剪切力，Q为剪切系数。

有，σe=σθ-σr≤[σ]。

一、按照应力分类，管道承受压力载荷产生的应力，属于一次薄膜应力。该应力超过某一限度，将使管道整体变形直至破坏。承受内压的管子，管壁上任一点的应力状态可以用3个互相垂直的主应力来表示，它们是：沿管壁圆周切线方向的环向应力σθ，平行于管道轴线方向的轴向应力σz，沿管壁直径方向的径向应力σr。

二、根据最大剪应力强度理论，材料的破坏由最大剪应力引起，当量应力为最大主应力与最小主应力之差，故强度条件为σe=σθ-σr≤[σ]。

三、管子理论壁厚，仅是按照强度条件确定的承受内压所需的最小管子壁厚。它只考虑了内压这个基本载荷，而没有考虑管子由于制造工艺等方面造成其强度削弱的因素，因此它只反映管道正常部位强度没有削弱时的情况。作为工程上使用的管道壁厚计算公式，还需考虑强度削弱因素。

四、焊缝系数φ，是考虑了确定基本许用应力安全系数时未能考虑到的因素。焊缝系数与管子的结构、焊接工艺、焊缝的检验方法等有关。

五、材料的抗拉强度为σ，压力为P，管子外径D； 管子壁厚δ=（P*D）/（2*σ/S） 其中S 为安全系数；因为P小于7MPa,S选S=8； P小于17.5MPa,S选S=6； P大于17.5MPa,S选S=4； 我们选安全系数为S=6选20钢抗拉强度为410MPa, 故管子可承受的压力P=（2*σ/S*δ）/D=(2*410/6*3)/(10+6) =26.25MPa设定17.5 故安全系数取S=4 故管子可承受的压力P=（2*σ/S*δ）/D=(2*410/4*3)/(10+6)=39.375MPa。

当采用沟槽连接件连接时，公称直径小于等于 DN250 的沟槽式管接头系统工作压力不应大于 2.50MPa，公称直径大于等于 DN300 的沟槽式管接头系统工作压力不应大于 1.60MPa。

8.2.6 埋地金属管道的管顶覆土应符合下列规定：

1 管道最小管顶覆土应按地面何载、埋深荷载和冰冻线对管道的综合影响确定；

2 管道最小管顶覆土不应小于 0.70m；但当在机动车道下时管道最小管顶覆土应经计算确定,并不宜小于 0.90m；

3 管道最小管顶覆土应至少在冰冻线以下 0.30m。

8.2.7 埋地管道采用钢丝网骨架塑料复合管时应符合下列规定：

1 钢丝网骨架塑料复合管的聚乙烯（PE）原材料不应低于 PE80；

2 钢丝网骨架塑料复合管的内环向应力不应低于 8.0MPa；

3 钢丝网骨架塑料复合管的复合层应满足静压稳定性和剥离强度的要求；

4 钢丝网骨架塑料复合管及配套管件的熔体质量流动速率（MFR），应按现行国家标准《热塑性塑料熔体质量流动塑料和熔体体积流动速率的测定》GB/T3682 规定的试验方法进行试验时，加工前后 MFR变化不应超过±20%；

5 管材及连接管件应采用同一品牌产品，连接方式应采用可靠的电熔连接或机械连接；

6 管材耐静压强度应符合现行行业标准《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》CJJ101 的有关规定和设计要求；

7 钢丝网骨架塑料复合管道最小管顶覆土深度，在人行道下不宜小于 0.80m，在轻型车行道下不应小于 1.0m，且应在冰冻线下 0.3m；在重型汽车道路或铁路、高速公路下应设置保护套管，套管与钢丝网骨架塑料复合管的净距不应小于 100mm；

8 钢丝网骨架塑料复合管道与热力管道间的距离，应在保证聚乙烯管道表面温度不超过 40℃的条件下计算确定，但最小净距不应小于 1.50m。

除聚乙烯管外，试验压力为设计输气压力的1.5倍，但不得低于0.4MPa，1.5倍设计压力。

燃气管道与其他管道相比，有特别严格的要求，因为管道漏气可能导致火灾、爆炸、中毒等事故。燃气管道中的压力越高，管道接头脱开、管道本身出现裂缝的可能性就越大。管道内燃气压力不同时，对管材、安装质量、检验标准及运行管理等要求也不相同。我国城镇燃气管道按燃气设计压力P（MPa）分为七级。

扩展资料：

城镇燃气管网不仅应保证不间断地、可靠地给用户供气，保证系统运行管理安全，维修简便，而且应考虑在检修或发生故障时，关断某些部分管段而不致影响其他系统的工作。因此，在城镇燃气管网系统中，有选用不同压力级制的必要。具体讲有以下原因：

大部分燃气由较高压力的管道输送，管道的管径可以选得小一些，管道单位长度的压力损失可以选得大一些，以节省管材。如由城市的某一地区输送大量燃气到另一地区，则应采用较高的压力比较经济合理。有时对城市里的大型工业企业用户，可敷设压力较高的专用输气管线。当然管网内燃气的压力增高后，输送燃气所消耗的能量也随之增加。

参考资料来源：百度百科-城镇燃气管网