[发明专利]一种避免使用阻尼器的高温管道抗动力载荷的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及结构的动力载荷分析技术，具体涉及一种避免使用阻尼器的高温管道抗动力载荷的设计方法。

背景技术

工业界对管道力学计算要考虑的载荷很多，尤其是核电站需要考虑所有的温度工况条件，还要考虑地震等动态载荷的影响。众所周知，管道温度载荷和地震载荷是一对矛盾，满足温度载荷的条件，是增加管道系统的柔性(或说降低管系的刚性)。而与其相反，满足地震载荷的条件，是增加管道系统的刚性(或说降低管系的柔性)。对管道柔度(或刚度)的改变是此领域技术人员的基本技能。

在实际工程管道布置设计时，单纯满足温度应力比较容易实现，柔度足够大，变形不受限制，就可以满足要求。同时，单纯满足地震应力也比较容易实现，刚度足够大，就可以满足要求。但是如果既要满足温度应力，同时又要满足地震应力就不容易实现了。目前用的比较多的办法就是在需要增加抗震刚度的位置，安装支架，当那里还要留出温度位移的空间时，就要在那个位置设置阻尼器，阻尼器的特点是对慢速载荷不起约束作用(如温度变形)，但对高速载荷(如地震)，它就像一个刚性支撑。

阻尼器成本很高，远大于刚性支架的成本，大量使用它，不但会使管道系统部件成本增加，而且还会大大增加管道系统的运行成本，因为阻尼器本身可能会失效，例如核电站就规定每年必须检修10％的阻尼器，而这个检修需要把阻尼器拆下来，在特定的设备上测试该阻尼器的完好性，确认后，或者更换或者维修，或者没有问题需重新装回管道系统，这一过程就降低了系统的经济性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种避免使用阻尼器的高温管道抗动力载荷的设计方法，尽量使用刚性支架来做管道设计，以降低建造成本。

本发明的技术方案如下：一种避免使用阻尼器的高温管道抗动力载荷的设计方法，包括如下步骤：

(1)计算得到管道各点的温度变形位移；

(2)计算得到管道的模态结果，包括所有需要的固有频率和各阶振型，以及地震位移；

(3)综合分析管道的温度变形位移和各阶振型位移，找到降低地震位移需要增加支架的位置，在不影响或少影响温度变形位移的位置上施加刚性约束；

(4)进行施加刚性约束后的应力计算，查看应力和支架反力，如不满足设计要求则返回步骤(1)重新设计。

进一步，如上所述的避免使用阻尼器的高温管道抗动力载荷的设计方法，步骤(1)中得到管道系统的温度位移图，所述温度位移图为包含管道各点位移的大小和方向的三维图形。

进一步，如上所述的避免使用阻尼器的高温管道抗动力载荷的设计方法，步骤(3)中所述的地震位移是由各阶振型位移组合而成。

进一步，如上所述的避免使用阻尼器的高温管道抗动力载荷的设计方法，步骤(3)中所述的需要增加支架的位置不能是地震位移和温度位移的方向一致的位置。

进一步，如上所述的避免使用阻尼器的高温管道抗动力载荷的设计方法，步骤(3)中在与温度变形位移垂直的平面内施加刚性约束。

本发明的有益效果如下：本发明在考虑了管道温度变形原理，以及地震载荷的变形原理，还根据刚性约束的特点，将这几方面的理论知识通盘考虑，在正确的位置和方向上，施加正确的刚性约束。这样就可以得到既满足温度应力，同时也满足地震应力的管道支撑设计，这种布置方案可以避免使用或少使用阻尼器，就可以大大降低电厂或其它有抗震要求的工程管道建设的投资。

附图说明

图1为本发明避免使用阻尼器的高温管道抗动力载荷的设计方法流程图；

图2为实施例中两直管道相交的交点只考虑温度时的变形示意图(X-Y平面内)；

图3为实施例中图2的两直管道在a点增加两个刚性支架的示意图；

图4为图3的三维的管道和支架示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明利用的技术原理就是温度应力是由温度变形受约束而产生的，而温度变形一定是有确定方向的。管道布置时，只要在温度变形方向上释放约束，就不会产生大的温度应力。原则上，在垂直于温度变形的方向上施加约束不会对温度应力产生大的影响。因此就要找到特定的管道布置下的温度变形，这个变形要是各个点的确切的有方向、有大小的位移变形。然后再看动态结果中，哪里的内力或内力矩最大，以及造成此结果大的都包括哪些振型，再根据各个振型的变形，综合考虑温度应力的情况，决定施加刚性约束的位置。这个刚性约束不能限制该点的温度位移，也就是此约束要尽量施加在与温度位移方向垂直的位置上。