范文一:FRP材料的许用应力值和许用特性值
数据手册
FRP材料的许用应力值和许用特性值
破坏强度种类 静态特耐用15年的极MPa 许用应力值
性值限值MPa 短期荷载 长期荷载
MPa (×1/2.20) (×1/3.30)
100 31.8 21.2 拉伸强度 (×0.7)70
160 43.6 29.1 弯曲强度 (×0.6)96
60 19.1 12.7 面内剪切强度 (×0.7)42
20 6.4 层间剪切强度 (×0.7)14 4.2
70 19.1 12.7 冲剪强度 (×0.6)42
160 50.9 33.9 面内压缩强度 (×0.7)112
弹性模量的种类
9000 拉伸弹性模量 (×0.8)7200
12000 弯曲弹性模量 (×0.8)9600
3500 面内剪切弹性模量 (×0.8)2800
0.3 0.3 泊松比
玻璃钢的力学性能
数据手册
玻璃钢的力学性能
范文二:压力容器强度试验及许用应力值探讨
标 准 化
() 文章编号 : 100027466 20060320038203
压力容器强度试验及许用应力值探讨
赵广森 , 孟庆鹏 , 胡春伟
()中国石油 天然气管道工程有限公司 , 河北 廊坊 065000
摘要 : 当前油气管道站场用压力容器涉及规范较多 ,且不同规范对压力容器的强度试验及许用应 力值的选择也不尽相同 ,给设计者带来较多困难 ,加之专业人员处理方法各不相同 ,甚至因选择不 当造成压力容器的安全隐患 。经对有关规范的分析 ,得出了一个安全方案 ,以确保压力容器设计经
济性与安全性的统一。
关键词 : 压力容器 ; 规范 ; 许用应力 ; 强度试验
文献标识码 : B 中图分类号 : TQ 0511 301
D iscuss on pressure vessel intensity test and allo wed stress f or
distribution piping sta ions of oil/ a s ipel nes tgpi
Z H A O Gua ng2se n , M EN G Qi ng2p e ng , H U Ch u n2wei
( )Chi na Pet role um Pip eli ne Engi neeri ng Co rpo ratio n , L a ngf a ng 065000 , Chi na Abstract : Pre se nt l y ,t here a re ma ny diff ere nt ki nd s of co de s relat e d to p re ssure ve ssel locati ng i n di st ri butio n pipi ng st atio n s of oil/ ga s pip eli ne s. Diff ere nt de si gn co de s ha ve diff e re nt sp ecificatio n s fo r p re ssure ve ssel i nt e n sit y t e st a nd allo wed st re ss a nd t hi s give s de si gne r s ma ny difficultie s i n selectio n a nd de si gn . So diff e re nt p rof e ssio nal have diff ere nt di spo sal met ho ds. In a dditio n ,if p ro2 f e ssio nal have a n i r releva nt selectio n fo r p re ssure ve ssel i nt e n sit y t e st a nd allo we d st re ss ,it will ca u se a po t e ntial da nger fo r saf e op e ratio n . In o r de r to e n sure eco no mical a nd saf e fo r p re ssure ve ssel de si gn ,t hi s t he si s a nal ysi s relat e co de s to draw a rea so na ble co ncl u sio n .
Key words : p re ssure ve ssel ; co de ; allo wa ble st re ss ; st re ngt h t e st
1 相关规范规定 《钢制压力容器》和 A SM E B31 . 3 —1999《工艺管道》
[ 3 ,4 ] 的相关规定选取。油气长输管道应用的现行规范为 GB 50253 —
2003《输油管道工程设计规范》及 GB 50251 —2003() 3输油站内管道与管道之间或管道与设备之
[ 1 ,2 ] 《输气管道工程设计规范》。间 ,当压力不同时 ,应当按照较高的压力设计 ,见文 [ 1 ]1 . 1 输油管道工程设计规范的相关要求 献[ 1 ] 。
() 1压力容器的载荷及作用力按永久载荷、可变 () σσ4许用应力按[] = F<计算。式中 ,="" f="" 为设="" s="">计算。式中>
载荷和偶然载荷的组合进行设计 ,见文献[ 1 ] 。 σ计系数 ; <为焊接接头系数 ;为计算材料的最小屈s="" ()="" 2站场用压力容器许用应力按="" gb="" 150="" —1998服强度="" ,m="" pa="" 。="">为焊接接头系数>
收稿日期 : 2005212210
() () 作者简介 : 赵广森 19392,男 汉族,河北景县人 ,高级工程师 ,现在中国石油天然气管道工程有限公司专家组 ,主要从
事机械文件技术审查工作 。
39 ? ?第 3 期 赵广森 ,等 :压力容器强度试验及许用应力值探讨
() 由于压力容器还可能承受永久载荷 、可变载荷及偶5文献[ 1 ]的编制说明中规定 ,水压试验的最
σ,若不留出一定裕量而以为限 ,万一出现 然载荷 s 低要求参照文献[ 5 ] ,其试压时的环向应力应当小于 了上述载荷的作用 ,容器壁就可能产生塑性变形 ,是 材料最低屈服强度的 90 % ,详见文献 [ 1 ] 编制说明 (σσ十分危险的。规范中留出这一裕量 - 0 . 9=s s 的 9 . 2 . 7 。 σ) 0 . 1,也是多年生产实践的总结 ,是将整体的安全 s () 6对于高强度钢材 ,按文献[ 4 ] 的规定已经满 性与经济性适度结合的结果。 足不了要求 ,而应按文献[ 3 ]选取 ,详见文献[ 1 ]编制 强度试验压力按 1 . 5 p时 , 文献 [ 3 ] 提出其最 N 说明 5 . 2 。σ大膜应力小于的要求 ,其前提条件是将强度试验s () 7文献[ 5 ]中的水压强度试验规定 ,当设计的 时永久载荷 、可变载荷及偶然载荷已经考虑进去 。σ环向应力大于 0 . 2 时 ,水压试验按 1 . 25 倍设计压s 受现实条件限制 ,站场试验时很难将各种载荷精确
σ 力 ,但试验时的环向应力小于 0 . 9 s ,见文献 [ 5 ] 的计入 ,一般多不做精确计算而以在 p = 1 . 5 p时 T N
() 将因高差引起的静水压力计入其环向膜应力小于 437 . 1 . 4 。
() σ8文献[ 1 ]的 9 . 2 . 7 规定 ,输油站场水压强度 0 . 9为准 ,这与前述的条件是一致的。 s 我国对管道试验压力不得小于设计内压的 1 . 5 倍。任一点的试 建设要求较严 ,尤其对决定管道质
验压力与静水压力之和所产生的环向应力应不大于 量的水压试验 , 文献 [ 1 ] 已做了站场用压力容器按被试材料最低屈服强度的 90 % 。 1 . 5 倍设计压力进行强度试验的规定 ,决不会出现 () ( ) 9文献[ 3 ] 中的一般规定 见 302 . 3: ?用于 违背规范降低要求的业主 ,故文献[ 3 ]提到的当压力 压力容器的材料 ,其许用应力取 1/ 3 抗拉强度与2/ 3 容器的 p 小于相连管道的 p 且大于 1 . 155 p时 ,T T N 屈服强度的较低值。?对于法兰接头或有微量变形
应经业主批准 ,可按压力容器要求进行强度试验已 将会引起泄漏或失灵的组件的许用应力 ,宜将按 ? 无存在的意义。 确定的许用应力乘以 75 % 。 ?水压试验压力取 总之 ,站场用压力容器水压强度试验按照 p =T 1 . 5 倍设计压力 , 当容器试验压力大于 1 . 155 倍设 σ 1 . 5 p,容器环向最大膜应力小于 0 . 9是合理的 。N s 计压力时 ,经业主同意 ,可按压力容器的试验压力进 σ 3 许用应力 [] 行强度试验 ,但环向应力应小于屈服强度。[ 2 ]3 . 1 输气管道工程设计规范的许用应力 () 10文献[ 4 ]中规定 ,许用应力取 1/ 3 抗拉强度 ( ) 由于设计系数较低 F = 0 . 4,焊接接头系数 < 与="" 1/="" 1="" .="" 6="" 屈服强度的较低值="" ,水压试验压力按="" 1="" .="" 25="" σσσ一般取="" 0="" .="" 9,1="" ,故[]=""><最大值为 0="" .="" 4。水压="" 强s="" s="">最大值为>
σσ度试验时 , 容器的环向最大膜应力= 01 4×s 倍设计压力进行。任何情况下 ,容器的膜应力应小
σσ11 5 = 01 6,距限制值 0 . 9较远 ,是安全的。说明 s s 于 0 . 9 倍的屈服强度 。 [ 2 ]1 . 2 输气管道工程设计规范的相关要求 输气管道站场的安全度要求较高 。 [ 1 ]3 . 2 输油管道工程设计规范的许用应力 () σσ 1站场用压力容器的许用应力按 [] = F<>
其许用应力取值较为复杂 ,需按压力容器的圆 计算。式中 , F 按不同级地区选取 , 站场属四级地
筒部分及法兰部分分别取之。 区 ,取 F = 0 . 4 。
() 1圆筒部分 按文献[ 3 ] ,圆筒部分的许用应() 2站场的水压强度试验压力 p 按 1 . 5 倍设计 T
σ力[] 取 1/ 3 抗拉强度与 2/ 3 屈服强度的较小值 。 压力进行 。当试验温度与设计温度不同时 ,应按照 σ按文献[ 4 ] ,圆筒部分的许用应力[]取 1/ 3 抗拉强
度与 1/ 1 . 6 屈服强度的较低值 ,但对高强钢仍按文 σ[ ] σp = 11 5 p 计算。式中 , []为常温下的许用应T N 献[ 3 ]选取。换言之 ,高强钢按文献[ 3 ] 取许用应力 tσ[] σσ差[] ,非高强钢按文献[ 4 ]取许用应力[] 。两规范的 t 力 , [σ] 为设计温度下的许用应力 , p为设计压力 。 N σσσ别在于前者取 2/ 3 ?0 . 666, 后者取/ 1 . 6 =s s s σ 膜应力应小于 0 . 9。s σ0 . 625。其本质是 ,一方面认定压力容器用材料的 s 2 强度试验时环向膜应力的限制危险性是由屈服强度控制的 ,另一方面认定高强钢 按上述各种国内外规范强度试压时 ,一般将小 其强度储备较高。对高强钢 ,有较高比例的屈服强 σ于 0 . 9做为膜应力限制条件 ,这是基于压力容器s 度 ,正是充分利用其强度储备高的特点 。 所用材质都是塑性材料 ,在内压作用下 ,必先产生屈 () 2法兰部分 压力容器储存介质品种多样 ,有服而后才可断裂。以屈服强度作为控制参数是合理
σσ的 ,但又为何多以 0 . 9而不以为限呢 ? 这是因s s
为在站场进行水压试验时 , 现场工况条件较复杂 。
石 油 化 工 设 备 第 35 卷 第 3 期 1 35 No1 3 Vol2006 年 5 月 May 2006 P E TRO2C H EM ICAL EQ U IPM EN T
() 文章编号 : 100027466 20060320040203
对《简单压力容器安全技术监察规程》
() 讨论稿的几点看法
熊从贵
()温岭市钱江化工机械有限公司 , 浙江 温岭 317500
() 摘要 : 《简单压力容器安全技术监察规程》讨论稿针对性强 ,适用性强 ,扩大了简单压力容器安全 监察的范围 ,为简单压力容器的设计、制造、安全监察和管理提供了可靠依据。但是其中也存在一 些问题 ,可能给日后简单压力容器的设计、制造带来不便。对该规程颁布的必要性、适用性和其中 存在的疑问发表了看法。
度试验时的安全性。易燃的液态、气态介质和剧毒介质 ,而法兰为容器的
常用附件 ,其间用高比压值的垫片 ,经螺栓的预紧力 : ?统一了不同规范对许用应力 本方案的优点 保持密封 。若有微量变形就会发生密封失效 ,造成 的不同计算方法 ,便于设计者选取许用应力。 ?广 易燃介质或剧毒介质泄漏 ,产生重大危害。所以对 泛适用于输油管道站场用一切塑性钢制压力容器的 (于法兰的设计不仅考虑强度问题 ,也应考虑刚度 即
筒体厚度计算。 ?不再以屈强比的大小或以是否为 ) 变形量。故文献[ 3 ] 规定 ,法兰的许用应力取筒壁
σσσ许用应力的 75 % ,即 [] 取 2/ 3 ×75 % = 0 . 5或高强钢做为许用应力计算依据。 s s
σσ者/ 3 ×75 % = 0 . 25的较小值。b b 当设计者确认存在较大的永久载荷、可变载荷 4 值得讨论的问题 及偶然载荷三大类型载荷 ,而又不能精确计算时 ,为 按文献[ 3 ]及文献[ 4 ]确定的许用应力在强度试 σ 确保安全 ,可将最大膜应力控制到 0 . 8s ,这时的许压时是否安全。按理论推算 ,两个规范对许用应力 σσσ用应力就变成了[] = 01 8/ 11 5 = 01 533, 它仅作 s s 为
一个特例 。 σσ( σ) 的取值条件为取/ 3 和 2/ 3 或/ 1 . 6较小值 。 b s s
σ6 结语(σ) 以 2/ 3 或/ 1 . 6为取值的条件时 ,按文献[ 3 ] 屈s s
() 1输油管线的站场用压力容器许用应力按照() 强比不大于 0 . 5 或按文献[ 4 ]屈强比不大于 0 . 533
σσ[] = F<计算 。输气管线站场用压力容器许用应="" s="" 的材料在所选之列="" ,用这样的材料制造的压力容器="">计算>
在按 1 . 5 p进行强度试压时 , 其筒壁的膜应力对力计算式与此相同 ,只是设计系数 F 取 0 . 4 。 N
() σσσσ2输油及输气管线的站场用压力容器水压强σ[] = 2/ 3 者 ,应为;对[] =/ 1 . 6 者 ,环向膜应 力为 s s s
t σσ0 . 937 5,都超过了 0 . 9的限制 ,这还未计算s s 度试验压力按 p = 11 5 p[σ]/ [σ] 计算。当压力容T N
t 永久载荷 、可变载荷及偶然载荷这三大类载荷 ,因此 σσσ器由不同材质组成而使[]/ [] 不同时 ,应取 []/
t 是不安全的。 σ [] 的较大值 。
5 推荐方案
文中已确定了站 场水 压强度 试验 压力按 照参考文献 :
1 . 5 p,同时强度试验时环向最大膜应力不大于GB 50253 —2003 ,输油管道工程设计规范[ S ] . [ 1 ] N
[ 2 ] GB 50251 —2003 ,输气管道工程设计规范[ S ] . σσ0 . 9,那么将 0 . 9缩小 1 . 5 倍得出的值作为许用 s s
[ 3 ] A SM E B31 . 3 —1999 ,工艺管道[ S ] . σσσ应力值 ,即[] = 01 9/ 11 5 = 01 6,用此做为输油管 s s 线GB 150 —1998 ,钢制压力容器[ S ] . [ 4 ] 站场的压力容器许用应力值就确保了压力容器强 A SM E B31 . 4 —1998 , Pip eli ne Tra n spo rt atio n Syst e ms fo r Li q2 [ 5 ]
uid Hydrocar bo n s a nd Ot her Li qui ds[ S ] .
( ) 张编
收稿日期 : 2006201212
() () 作者简介 : 熊从贵 19822,男 汉族,重庆人 ,从事压力容器设计制造技术工作 。
范文三:钢管材料许用应力值
2-5表2-5 钢管材料许用应力值
常温机械在下类温度(?C)下材料的许用应力值(公
壁厚2性能 斤/厘米) 序材料
钢号 (毫
号 标准 ?21015202530354045米) σb σs
0 0 0 0 0 0 0 0 0 碳酸钢钢管
YB2
3102101111111091847872671 10 31-7?10
0 0 30 30 90 00 0 0 0 0 0
0
YB2
37-7
0
,10320100101010979184787267
~20 0 0 70 70 30 0 0 0 0 0 0
YB2
4002501313131211109484802 20 31-7?10
0 0 30 30 10 20 30 30 0 0 0
0
YB2
37-7
0
,10380230121212121110948480
~20 0 0 70 70 70 20 30 30 0 0 0 低合金钢钢管
YB2
5003301616161615131211953 16Mn 31-7?10
0 0 70 70 70 30 00 80 80 90 0
0
,10480310161616151513121195
~20 0 0 00 00 00 90 00 80 80 90 0
460290151515141312111095
,20
0 0 30 30 30 70 80 80 90 90 0
YB2
5203801717171716151413134 15MnV 31-7?10
0 0 30 30 30 30 90 60 70 80 10
0
,10500360161616161615141313
~20 0 0 70 70 70 70 70 60 70 80 10
480340161616161514131212
,20
0 0 00 00 00 00 60 70 80 80 30
YB2
12GrM4202501414131211111010975 37-7
o 0 0 00 00 10 50 90 80 60 00 0
0
YB2
15GrM4502501514131312111110106 37-7
o 0 0 00 70 80 10 50 90 30 60 30
0
YB2
12Gr14802601614131312111110107 31-7
MoV 0 0 00 70 80 10 50 90 30 60 30
0
10MoW4803001616161615151514138
VNb 0 0 00 00 00 00 90 60 00 40 90
YB2
(40(181110101010989592899 Gr2Mo 37-7
00) 00) 30 70 50 30 10 0 0 0 0
0
YB2
40020012111010109794918910 Gr5Mo 37-7
0 0 50 30 60 30 00 0 0 0 0
0
09Mn2YB244030014
11
V 31-70 0 70
0
高合金钢钢管
131313121110109997
YB8
0Cr18N55020030 30 30 60 70 80 40 0 0
12 04-7
i9 0 0 131110938780777372
0
30 00 00 0 0 0 0 0 0
141414131211111110
YB8
0Cr18N55021000 00 00 10 30 70 20 00 90
13 04-7
i910Ti 0 0 141110979186838180
0
00 50 50 0 0 0 0 0 0
141414131211111110
YB8
1Cr18N56021000 00 00 10 30 70 20 00 90
14 04-7
i9Ti 0 0 141110979186838180
0
00 50 50 0 0 0 0 0 0
141414131212111111Cr18NiYB8
60021000 00 00 50 70 10 60 30 20
15 13Mo204-7
0 0 141110109489868382Ti 0
00 90 90 00 0 0 0 0 0
141414131212111111Cr18NiYB8
60021000 00 00 50 70 10 60 30 20
16 13Mo304-7
0 0 141110109489868382Ti 0
00 90 90 00 0 0 0 0 0
121212111098969392
YB8
00Gr1850018000 00 00 00 40 0 0 0 0
17 04-7
Ni10 0 0 129789827773716968
0
00 0 0 0 0 0 0 0 0 00Gr17YB8131313131211111010
600200
18 Ni13Mo04-7 30 30 30 10 20 60 20 80 60
0 0
2 0 131110979186838079
30 30 40 0 0 0 0 0 0
13131313121111101000Gr17YB8
60020030 30 30 10 20 60 20 80 60
19 Ni13Mo04-7
0 0 1311109791868380793 0
30 30 40 0 0 0 0 0 0
范文四:[摘录]钢管资料许用应力值
2-5表2-5 钢管材料许用应力值
常温机械在下类温度(?C)下材料的许用应力值(公
壁厚2) 性能 斤/厘米序材料
钢号 (毫
号 标准 ?21015202530354045米) σb σs
0 0 0 0 0 0 0 0 0
碳酸钢钢管
YB2
3102101111111091847872671 10 31-7?10
0 0 30 30 90 00 0 0 0 0 0
0
YB2
37-7
0
,10320100101010979184787267
~20 0 0 70 70 30 0 0 0 0 0 0
YB2
4002501313131211109484802 20 31-7?10
0 0 30 30 10 20 30 30 0 0 0
0
YB2
37-7
0
,10380230121212121110948480
~20 0 0 70 70 70 20 30 30 0 0 0
低合金钢钢管
YB2
5003301616161615131211953 16Mn 31-7?10
0 0 70 70 70 30 00 80 80 90 0
0
,10480310161616151513121195
~20 0 0 00 00 00 90 00 80 80 90 0
460290151515141312111095
,20
0 0 30 30 30 70 80 80 90 90 0
YB2
5203801717171716151413134 15MnV 31-7?10
0 0 30 30 30 30 90 60 70 80 10
0
,10500360161616161615141313
~20 0 0 70 70 70 70 70 60 70 80 10
480340161616161514131212,20
0 0 00 00 00 00 60 70 80 80 30
YB2
12GrM4202501414131211111010975 37-7
o 0 0 00 00 10 50 90 80 60 00 0
0
YB2
15GrM4502501514131312111110106 37-7
o 0 0 00 70 80 10 50 90 30 60 30
0
YB2
12Gr14802601614131312111110107 31-7
MoV 0 0 00 70 80 10 50 90 30 60 30
0
10MoW4803001616161615151514138
VNb 0 0 00 00 00 00 90 60 00 40 90
YB2
(40(181110101010989592899 Gr2Mo 37-7
00) 00) 30 70 50 30 10 0 0 0 0
0
YB2
40020012111010109794918910 Gr5Mo 37-7
0 0 50 30 60 30 00 0 0 0 0
0
09Mn2YB244030014
11
V 31-70 0 70
0
高合金钢钢管
131313121110109997
YB8
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12 04-7
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YB8
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YB8
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YB8
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范文五:不锈钢的抗压强度大小和许用应力大小
不锈钢的抗?压强度大小?和许用应力?大小,,,
悬赏分:50 - 解决时间:2008-5-25 20:41
不锈钢的抗?压强度大小?和许用应力?大小,
随便哪种都?可以,请标注,如316不?锈钢:*****,****
提问者: htsgt? - c试用期 二级 最佳答案
结构不锈钢?
不锈钢与普?通碳钢相比?投资成本较?高,使它一直不?能用作普通?结构件。不过目前评?估结构件总?体成本的因?素越来越多?,例如:耐腐蚀性,特别是在沿?海地区,减少维修量?和降低维修?成本都会对?整体寿命周?期成本产生?巨大的影响?。
核电工业就?是一个典型?的例子,在核电工业?中,结构件需要?有很长的使?用寿命,因其不便于?维修甚至不?可 能进行维修?。
1(核工业
以Sell?afiel?d核回收厂?为例,该厂的接收?和储藏池顶?部(跨度为41?(5米,长100米?)的结构框架?共用了35?0吨左右的?321S1?2不锈钢。
4米深的桁?梁是用钢板?压成角钢制?作而成的,规格从20?0×200×1600m?m到100?×100×10mm。作为顶部檩?子的矩形空?心型材(300×200×8mm)是由圆形空?心型材(直径324?mm,厚度10m?m)支撑的。
2(砖墙支撑角?钢
在墙内的潜?在腐蚀环境?中,同样使用了?数千吨不锈?钢作为支撑?砖墙的座角?钢。
这一点将在?本文后面详?细论述。
3(露天体育场?
意大利新B?ari体育?场的维护是?一大难题,而且是一项?耗资巨大的?工程,为此选用了?不锈钢。
涂有聚四氟?乙烯的玻璃?纤维漆布屋?顶是由不锈?钢构件和拉?杆组成的框?架支撑,把漆布绷紧?。
在使用直径?为193(7mm,厚度为4,10mm的?管材的同时?,使用了20?吨棒材和1?5吨板材。
通过海上平?台这种特殊?应用实例,NiDI已?经证明如果?考虑整体寿?命成本,即:首先是安装?成本再加上?日后的维护?修理或更换?部件的费用?,采用不锈钢?是一个节省?开支的措施?。 不锈钢由于?其美观和作?为结构件的?功能可以用?作购物中心?等场所的扶?栏或作为表?现建筑特征?的玻璃支架?。
4(BOND街?购物中心
防火玻璃幕?墙全部由不?锈钢框架支?撑。
除活动接头?外,从地面到各?楼层一直到?
楼顶的竖框?全部是一体?的。竖框所用型?钢为60X?30X3m?m的矩型空?心型钢。
在下面介绍?的地铁系统?中,由于减压系?统的效应,设计中必须?允许有空气?压力差。
预计空气的?流速为5英?里/小时,相当于0(25千牛顿?,平方米的载?荷。扶栏由竖框?支撑,能承受的水?平载荷为0?(74千牛顿?,平方米。
安装后允许?的挠度为2?5mm。通过变形或?楼板间的垂?直移动对框?架进行补偿?。
5(BUSH LANE大?厦
该大厦充分?表明了作为?工程材料和?结构用途的?不锈钢的所?有特点。由于位置的?限制和
由于?下面是地铁?网架桩深度?的限制,构架位于建?筑物外方。网架结构的?结构件是用?离心铸造生?产的,具有12(5,30mm的?不同厚度。节点为砂型?铸造,为向伦敦市?中心的一个?建筑物提供?必要时的防?火,整个构架内?充满了水。
结构设计指?南
目前能够提?供给设计人?员的结构设?计指南很有?限,使现有的结?构型材不能?得到更广泛?的应用。这种情况在?最近几年发?生了很大的?变化。就材料本身?而言,目前广泛出?版的不锈钢?标准共有5?7个标准钢?种,按冶金结构?可分为奥氏?体、铁素体和马?氏体,这么多的钢?种会使设计?中不常使用?不锈钢的设?计人员无从?选择。他们最常提?到的问题是?"我该用哪个?钢种,"这些材料的?机械性能数?据与碳钢的?不同,使设计人员?面临的问题?更多。
要帮助设计?人员利用不?锈钢,要采取哪些?措施呢,
过去的四年?中,在日本、美国和欧洲?出版了不锈?钢结构设计?指南。
1(美国的研究?成果
为了对19?74年出版?的AISI?冷成型结构?设计手册进?行修订,NiDI进?行了为期四?年的研究,其研究结果?见1991?年出版的美?国国家标准?协会(ANSI)和美国土木?(工程师学会ASCE)?标准ANS?I,ASCE8?-90。
这本197?4年出版的?手册是许多?年来结构设?计人员唯一?的一本关于?不锈钢应用?的资料。
新的ANS?I,ASCE标?准是利用极?限状态设计?原则制定的?。这一标准已?经被过去几?年中起草的?绝大多数有?关结构的业?务法规所采?用。
不过许用应?力的设计方?法仍在使用?。因为这两份?文献都是现?行的,采用哪种方?法取决于设?计人员。
新的设计指?南中的附件?E只是简要?地介绍了许?用应力设计?方法,详细内容见(进?本项研究的?展报告(3))。
2(不锈钢钢种?
ANSI,ASCE标?准中包括的?材料如下;
铁素体钢种?:409、430和4?39
奥氏体钢种?:201、301、304和3?16
经过退火的?1,16、1,4和半硬材?料都属于奥?氏体钢,这些钢种冷?加工时会产?生加工硬化?。
NiDI和?国际铬开发?协会(现为国际铬?开发协会)是该项目的?赞助单位。
3(英国的研究?成果
它们也是在?英国所进行?的研究的主?要赞助单位?,该研究结果?将成为制定?欧洲结构不?锈钢标准的?基础。
该指南完全?是依据极限?状态原则编?写的,它包括冷成?型结构件和?板材加工而?成的结构件?。研究过程中?有些试验是?在从未试验?过的大型不?锈钢型材上?进行的。
?钢种--英国研究成?果
尽管不锈钢?的铁素体钢?种包括在美?国的ANS?I,ASCE标?准中,但未包括在?英国设计手?册中。
英国的设计?手册中只包?括了三种奥?氏体不锈钢?钢种,即:
奥氏体钢种?:304L、316L和?铁索体,奥氏体双相?2205。
选择少量钢?种的原因很?简单,因为目前可?使用的碳结?钢总共只有?三种。使用L编号?是因为这些?低碳钢种能?够焊接,不会出现与?晶间腐蚀有?关的问题。英国的手册?中不包括加?工硬化材料?。这并不意味?着不锈钢的?其它钢种或?加工硬化材?料的使用不?属于结构钢?的应用范
畴?。
双向不锈钢?因两相兼有?而强度高,其强度高于?高强度碳钢?,这种材料已?成功地用于?北海的海上?石油平台。
?BUSH LANE大?厦
该大厦是一?个将双相不?锈钢用作结?构件的好例?子。
该大厦位于?伦敦的CO?NNON街?,地铁站上面?纵横交错的?地铁隧道限?制了地桩的?深度和位置?。
为此在建筑?物的外边使?用了结构框?架,并利用网架?结构将载荷?传到支撑柱?上。
使用的离心?铸管的直径?分别为19?4mm、324mm?和512m?m,前两种铸管?的壁厚9(5mm,最大的铸管?管壁厚度为?12(5,30mm。
节点是砂铸?的。
采用的表面?是经过玻璃?球喷丸,表面加工相?当于63C?LA。材料的屈服?强度为38?0N,mm2,抗拉强度6?50,780N,mm2,延伸率30?,。该材料含碳?0(08,,铬21,,镍5(5,,钼2,。
NiDI和?欧洲不锈钢?协会(EUROI?NOX)已经出版了?不锈钢结构?设计手册。
欧洲负责制?定标准的机?构计划出版?一套不锈结?构钢的业务?规程,而且将编入?EUROC?ODE3的?1(4节中。
NiDI已?经将其研究?结果提供给?了编制EU?ROCOD?E的有关人?员,1(4节就是按?我们起草的?内容编写的?。
设计规则
为什么不锈?钢不能沿用?碳素结构钢?的设计规则?,
碳钢的设计?规则不能用?于不锈钢是?因为碳钢与?不锈钢之间?有着根本的?区别:
1(不锈钢没有?屈服点,通常以ó0?.2来表示该?屈服应力被?认为是当量?值。
2(应力,应变曲线形?状不同,不锈钢的弹?性极限大约?是屈服应力?的50,,就标准中所?规定的最小?值而论,该屈服应力?值低于中碳?钢的屈服应?力值。
3(冷加工时不?锈钢产生加?工硬化,例如,弯曲时具有?各向异性,即:横向和纵向?性能不同。
可以利用由?冷加工而增?高的强度,不过如果与?总面积相比?弯曲面积较?小而忽略不?计这种增加?时,强度增高可?以在一定程?度上提高安?全系数。
基本设计程?序
不锈钢的设?计程序大体?上是从现适?用于结构工?程设计的各?个方面的原?则派生出来?的。
但是由于通?常使用的不?锈钢是薄规?格型钢,所以,它的设计过?程比碳钢薄?规格材料复?杂得多。
重要的是确?定不锈钢的?最终用途,因为在许多?应用中不锈?钢不仅作为?结构件而且?要起到美观?的作用。
为了防止构?件受力部分?出现局部弯?曲和变形,关键的因素?是材料的宽?度和厚度之?比的极限值?。
还有一点也?很重要,值得一提,即:材料标准规?定了ó0.2的最小值?,对于建筑物?所用的奥氏?体不锈钢,该值大约是?240N,mm2,但是,材料的特征?强度一般要?比该值高出?15,,设计人员应?将这一强度?系数考虑在?内。
设计依据
1(不锈钢和碳?结钢之比较?
首先,看一下普通?碳结钢与不?锈钢之间的?主要区别。
2(应力,应变曲线图?
碳钢的应力?,应变曲线的?线性部分实?际上是一条?直达屈服点?的直线,而不锈钢的?线性区大约?是ó0.2的50,。
当应力级在?非弹性区时?,用于结构设?计中的弯曲?设计理论和?虎克定律,即:应力与应变?成比例,不真正适用?于不锈钢。
因此,在应力级较?低的情况下?,对不锈钢构?件结构进行?设计比较简?单,但是在应力?级较高的情?况下,需要查阅变?形和局部弯?曲的标准。
3(张力
在现代结构?法规中,拉伸应力加?上载荷系数?与毛断面的?材料的屈服?应力联系在?一起,抗拉极限强?度与屈服应?力的比值用?于校 验净截面。
不锈钢的抗?拉极限强度?与屈服应力?之比为2(4,而碳钢中该?范围是1(6,2(1。
拉伸构件需?要对其强度?进行两项检?查:
?毛断面的屈?服应力
?净有效断面?的拉伸极限?强度(最大 1(2)
4(压力
压力取决于?屈服应力和?模数,因为受压杆?件的破坏通?常是由于挠?曲引起的,而挠曲本身?又与刚度有?关。因此,用减小E值?来增大所能?承受的力是?很有必要的?。因为这表明?在细长比一?定的条件下?,不锈钢构件?的纵向弯曲?力低于相同?的碳钢结构?件。
细长比较低?时,两种材料一?样。
细长比较高?时,应力低,强度类似,但细长比在?80,120的中?间值范围内?,不锈钢的纵?向弯曲力较?低。
5(弯曲
在没有纵向?弯曲情况下?,弯曲应力一?般与屈服应?力有关。各种规则即?使是含有弹?性设计的规?则,都认识到了?形状系数的?重要性。形状系数把?梁的塑性力?矩值增加到?远远高于开?始屈服时能?力的值。
但是,不锈钢应变?硬化在开始?屈服后立即?开始,因此,外纤维增加?而内纤维仍?在弹性区内?变形。所以,由于应变硬?化,不锈钢能够?具有较高的?弯曲能力。
不过在EU?ROCOD?E3第1(4节中没有?提供塑性分?析的内容。
6(剪力和压力?
它们与刚度?无关,而是直接关?系到屈服应?力和极限应?力。应变硬化可?以提高安全?裕度。
7.纵横向性能?
在英国的研?究中,材料检验的?结果普遍表?明纵横性能?差不超过7?(5,。
美国的结构?分析和设计?
新版ANS?I,ASCE标?准利用许用?载荷和力距?替代了许用?应力。
因此,安全载荷的?计算方法是?在为所使用?的构件和连?接件计算得?出的最大强?度、纵向弯曲力?或屈服力加?上一个安全?系数。大多数条款?中还使用了?无因次方程?,从而可以方?便地使用任?何单位进行?设计,同时还简化?了载荷和抗?力设计格式?的转换。
有关结构不?锈钢的设计?
1("冷成型结构?件技术规格?",参见ANS?I,ASCE8?-90,可以向AS?CE索取。
2. EUROI?NOX(欧洲不锈钢?)协会的"结构不锈钢?设计手册"。
不锈钢的耐?高温性
不锈钢作为?结构件,例如,砖墙的支撑?角钢,很可能会遇?到出现火情?时的高温。
不锈钢的性?能优于碳钢?性能,NiDI在?电缆桥架上?进行的试验?已经充分说?明这一点,并在录像片?"最有效的解?决方法"中作了介绍?。
1.直接受热
对电缆桥架?进行直接受?热试验是最?能说明问题?的。电缆桥架的?承载能力相?同。为了模拟典?型的工作环?境,试验时的加?载量是它们?可能承载的?50,。
3米长的桥?架由18个?煤气烧嘴加?热,产生的温度?高达100?0? 以上。
铝质桥架在?26秒内完?全毁坏。
玻璃钢桥架?没等烧嘴全?部点燃就毁?坏了。
碳钢桥架经?历了5分钟?的试验,达到了炼油?厂的要求,达到的最高?温度是81?1? 。
5分钟后的?挠度为16?6mm。
不锈钢桥架?持续了45?分钟,当时不幸的?是罐内的气?体被用完了?。不过试验过?程中,有14分钟?温度在10?00? 以上,有30分钟?温度在90?0?以上。
在整个试验?过程中,不锈钢不仅?保持其结构?的完整性,而且在试验?结束时挠度?只有80m?m--不到碳钢的?一半。
这一性能是?在厚度仅为?2mm的试?样上得出的?。
不锈钢不仅?承受载荷能?力的时间比?碳钢长,而且不会通?过导热使火?情扩大。因为不锈钢?的导热值较?低。
支撑砖砌体?的角钢
这种角钢广?泛用于砖覆?盖结构的承?载件。不锈钢角钢?连接在两层?楼之间的混?凝土或钢质?框架上。这样可以快?速、准确地安装?面板。这种角钢的?基本设计很?简单,因为角钢被?看作是一个?支撑悬臂。为了计算有?关的应力和?挠度确定了?三个简单的?规则。
有关这些设?计规则的小?册子可以向?NiDI索?取。按吨计算的?话,支
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