核级管道支架的强度计算方法技术

本发明专利技术公开了一种核级管道支架的强度计算方法，其包括以下步骤：步骤1)根据管夹结构尺寸，简化管夹力学模型；步骤2)根据平面曲杆材料力学理论，推导管夹在外载荷作用下的截面内力和底部支反力；步骤3)根据平面曲杆应力公式，计算管夹各截面应力；步骤4)根据焊缝处的载荷，计算底部焊缝应力和管夹焊缝应力；步骤5)根据管夹上的外载荷，计算螺栓应力；步骤6)应用RCC‑M规范对管夹强度、焊缝强度进行校核评定，并对螺栓进行应力评定；如果评定不通过，则调整结构尺寸并重新计算、校核。本发明专利技术核级管道支架的强度计算方法提出了一类完整的强度计算过程，整个过程用理论公式表达，便于快速计算和批量应用，可以进行新的管夹结构设计，确定许用载荷。

Method for calculating strength of nuclear grade pipeline support

The invention discloses a Nuclear Piping bracket strength calculation method, which comprises the following steps: 1) according to the pipe size of the structure, the simplified mechanical model of pipe clamp; step 2) according to the plane curved bar theory of material mechanics, derivation of pipe clamp under external load section internal force and support reaction steps at the bottom; 3) according to the plane curved bar stress calculation formula, the pipe clamp section stress; step 4) according to the load of weld, weld stress and calculation of bottom pinch weld stress; step 5) according to the load on the tube clamp, calculation of bolt stress; step 6) application of RCC specifications for M pinch strength, weld strength check and evaluation of bolt stress assessment; if the assessment does not pass, then adjust the structure size and re calculation and checking. The invention of nuclear grade piping support strength calculation method is proposed for a class of complete strength calculation process, the whole process with the theory formula expression, easy fast calculation and batch applications, can clamp the structural design of the new tube, determine the allowable load.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于核电
，更具体地说，本专利技术涉及一种核级管道支架的强度计算方法。
技术介绍
管道支吊架是核电工程的重要组成部分，管道支吊架的设计、制造、安装是否合理直接影响到管道的应力状态，进而影响核电站的安全运行。此外，由于管道支吊架使用数量大，对核电厂的建设周期和投资也有重要影响。目前，国内二代加核电站管道支吊架的结构形式多由现场布置空间情况来决定，由钢结构、锚固板和多个标准管夹组成。对支吊架的应力评定方法也由两部分组成，对钢结构采用有限元方法进行计算，并在计算程序中内嵌RCCM规范H篇，在应力计算的同时进行强度校核；对标准管夹只对比支吊架标准手册中给出的载荷值，没有具体的校核过程。现有的技术方案中，由于管道支吊架结构形式各不相同，载荷、约束、结构形式都不具有可比性，现场施工焊接的钢结构几乎都是静不定结构，无法用理论公式推导应力，强度校核过程复杂；标准管夹的强度校核过程缺失，只有载荷对比过程。国外三代核电技术中采用标准的管道支吊架产品，其标准化程度高，但价格昂贵、采购周期长，设计研制过程保密；此外，标准管夹的强度校核过程缺失，只有载荷对比过程。有鉴于此，确有必要提供一种校核方便、完整的核级管道支架的强度计算方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种校核方便、完整的核级管道支架的强度计算方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种核级管道支架的强度计算方法，其包括以下步骤：步骤1)根据管夹结构尺寸，简化管夹力学模型；步骤2)根据平面曲杆材料力学理论，推导管夹在外载荷作用下的截面内力和底部支反力；步骤3)根据平面曲杆应力公式，计算管夹各截面应力；步骤4)根据焊缝处的载荷，计算底部焊缝应力和管夹焊缝应力；步骤5)根据管夹上的外载荷，计算螺栓应力；步骤6)应用RCC-M规范对管夹强度、焊缝强度进行校核评定，并对螺栓进行应力评定；如果评定不通过，则调整结构尺寸并重新计算、校核。作为本专利技术核级管道支架的强度计算方法的一种改进，所述简化力学模型将管夹简化为横截面为矩形的平面曲杆，同时忽略用于螺栓连接的管夹加强凸台部分。作为本专利技术核级管道支架的强度计算方法的一种改进，所述平面曲杆在锚固处被切开后可以得到基本静定系统，基本静定系统上作用三个未知的截面内力轴力FN、剪力FS和弯矩M以及外载荷，根据变形协调条件，列出一组力法正则方程并结合平面曲杆的总应变能公式，求出外载荷引起的截面内力FN、FS、M，截面上的总内力保守取为各自绝对值之和。作为本专利技术核级管道支架的强度计算方法的一种改进，所述底部支反力取其绝对值，根据所求得的截面内力FN，对整个管夹采取静力平衡法，求出底座支反力FX、FY、FZ、MX、MY、MZ。作为本专利技术核级管道支架的强度计算方法的一种改进，所述管夹截面的应力为：1)根据截面上的轴力FN，计算其引起的正应力σt；2)根据截面上的剪力FS，计算其引起的最大剪应力τ；3)根据截面上的弯矩M，对于大曲率杆，利用平面曲杆弯曲应力公式计算其引起的最大弯曲正应力σb；对于小曲率杆，利用直梁公式计算其引起的最大弯曲正应力σb。作为本专利技术核级管道支架的强度计算方法的一种改进，所述焊缝应力包括：1)底部焊缝应力，底部通过整圈尺寸相同的角焊缝与基板连接，焊缝上的载荷为底部的支反力，对X向焊缝和Z向焊缝进行受力分析，分别对FX、FY、FZ、MX、MY、MZ所引起的X向、Z向焊喉面上的正应力和剪应力进行推导；2)管夹焊缝应力，管夹通过整圈尺寸不一的角焊缝与凸台连接，Z向焊缝尺寸很小，出于保守考虑，认为X向焊缝独立承载，并只对X向焊缝作出校核，分别对FX、FY、MZ所引起的焊喉面上的正应力和剪应力进行推导。作为本专利技术核级管道支架的强度计算方法的一种改进，所述螺栓承受拉剪组合的作用，根据单个螺栓所受的载荷，推导螺栓的拉伸应力和最大剪切应力。作为本专利技术核级管道支架的强度计算方法的一种改进，所述管夹强度按照S1级板壳式支架进行校核，应用RCC-M规范H3221篇的评定准则Pm≤Sm且Pm+Pb≤1.5Sm，其中，Pm为总体一次薄膜应力强度，Pb为一次弯曲应力强度，Sm为基本许用应力强度；管夹截面上有正应力和剪应力，其应力强度用Tresca理论求出。作为本专利技术核级管道支架的强度计算方法的一种改进，所述焊缝强度按照S1级板壳式支承件焊接接头的应力评定进行校核，并采用Pm≤Sm且Pm+Pb≤1.5Sm的评定准则进行焊缝应力评定，分别计算底部X向焊缝、底部Z向焊缝以及管夹X向焊缝的总体一次薄膜应力强度和总体一次薄膜+弯曲应力强度。作为本专利技术核级管道支架的强度计算方法的一种改进，所述螺栓应力评定，根据RCCMZVI篇对螺栓进行应力评定。与现有技术相比，本专利技术核级管道支架的强度计算方法提出了一类管夹完整的强度计算过程，整个过程用理论公式表达，便于快速计算和批量应用，可以进行新的管夹结构设计，确定许用载荷。附图说明下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术核级管道支架的强度计算方法进行详细说明，其中：图1所示为本专利技术核级管道支架的强度计算方法的流程图。图2所示为管夹结构示意图。图3所示为简化后的管夹力学模型。图4为图3所示管夹的基本静定系统。图5为图3所示管夹底部的焊缝俯视图。图6为图3所示管夹底部X向的焊缝立体示意图。图7为图3所示管夹底部Z向的焊缝立体示意图。图8为图3所示管夹焊缝的俯视图。图9为图3所示管夹X向的焊缝立体示意图。图10为图3所示X向焊缝的载荷集度线性分布图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本专利技术进行进一步说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本专利技术，并非为了限定本专利技术。请参照图1所示，本专利技术核级管道支架的强度计算方法的技术方案流程包括：首先，根据管夹结构尺寸，简化管夹力学模型；然后，利用平面曲杆材料力学理论，推导管夹在外载荷作用下的截面内力和底部支反力；同时，利用平面曲杆应力公式，计算管夹截面应力；其次，根据焊缝处的载荷，计算底部焊缝应力和管夹焊缝应力，并根据管夹的受荷情况，计算螺栓应力；最后，应用RCC-M规范对管夹强度、焊缝强度进行校核评定，并根据RCCMZVI篇对螺栓进行应力评定；如果评定不通过，则调整结构尺寸并重新计算、校核。请参照图2所示，此类管夹为轴向导向功能，安装方式为底部通过角焊缝焊接在基板上，可视为底部固定。管夹类似于一个带底部支座的闭合圆环，但是环向横截面几何尺寸和刚度不完全相同，为了简化分析过程，把圆环保守处理成横截面为矩形截面的平面曲杆。请参照图3所示，R为曲杆轴线的曲率半径，R1和R2为曲杆最外缘和最内缘的曲率半径，H为曲杆圆心到底部焊缝的高度。矩形截面尺寸取截面中最小尺寸，即对应于A截面的尺寸，图中b为矩形截面宽度，h为矩形截面高度。原管夹中螺栓连接位于加强的凸台上，凸台与管夹用角焊缝连接，为简化分析模型中忽略了凸台部分，这同样也是保守的。请参照图4所示，外载荷FX、FY作用于平面曲杆的纵向对称面内，截面上的内力有轴力、剪力和弯矩，不能直接由平衡方程求出，需要补充变形协调方程，因此平面曲杆的截面内力是一个三度内力超静定问题，超静定问题可以采用力法求解。外载荷FZ为局部摩擦力，是平面外载本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核级管道支架的强度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)根据管夹结构尺寸，简化管夹力学模型；步骤2)根据平面曲杆材料力学理论，推导管夹在外载荷作用下的截面内力和底部支反力；步骤3)根据平面曲杆应力公式，计算管夹各截面应力；步骤4)根据焊缝处的载荷，计算底部焊缝应力和管夹焊缝应力；步骤5)根据管夹上的外载荷，计算螺栓应力；步骤6)应用RCC‑M规范对管夹强度、焊缝强度进行校核评定，并对螺栓进行应力评定；如果评定不通过，则调整结构尺寸并重新计算、校核。

【技术特征摘要】
1.一种核级管道支架的强度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)根据管夹结构尺寸，简化管夹力学模型；步骤2)根据平面曲杆材料力学理论，推导管夹在外载荷作用下的截面内力和底部支反力；步骤3)根据平面曲杆应力公式，计算管夹各截面应力；步骤4)根据焊缝处的载荷，计算底部焊缝应力和管夹焊缝应力；步骤5)根据管夹上的外载荷，计算螺栓应力；步骤6)应用RCC-M规范对管夹强度、焊缝强度进行校核评定，并对螺栓进行应力评定；如果评定不通过，则调整结构尺寸并重新计算、校核。2.根据权利要求1所述的核级管道支架的强度计算方法，其特征在于，所述简化力学模型将管夹简化为横截面为矩形的平面曲杆，同时忽略用于螺栓连接的管夹加强凸台部分。3.根据权利要求1所述的核级管道支架的强度计算方法，其特征在于，所述平面曲杆在锚固处被切开后可以得到基本静定系统，基本静定系统上作用三个未知的截面内力轴力FN、剪力FS和弯矩M以及外载荷，根据变形协调条件，列出一组力法正则方程并结合平面曲杆的总应变能公式，求出外载荷引起的截面内力FN、FS、M，截面上的总内力保守取为各自绝对值之和。4.根据权利要求1或3所述的核级管道支架的强度计算方法，其特征在于，所述底部支反力取其绝对值，根据所求得的截面内力FN，对整个管夹采取静力平衡法，求出底座支反力FX、FY、FZ、MX、MY、MZ。5.根据权利要求1或3所述的核级管道支架的强度计算方法，其特征在于，所述管夹截面的应力为：1)根据截面上的轴力FN，计算其引起的正应力σt；2)根据截面上的剪力FS，计算其引起的最大剪应力τ；3)根据截面上的弯矩M，对于大曲率杆，利用平面曲杆弯曲应力公式计算其引起的最大弯曲正应力σb...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤凤，刘浪，刘卡壬，韩浪，何孟夫，李友明，
申请(专利权)人：深圳中广核工程设计有限公司，中广核工程有限公司，中国广核集团有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44