热态吊零和冷态吊零两种方法对管道应力影像问题分析

本文通过实例计算，分析了热态吊零和冷态吊零两种方法对管道应力分析的影响。结果表明，冷态吊零比热态吊零具有更小的应力水平和位移量；冷态吊零计算的管道更容易进行现场安装；采用CAESAR II软件可以方便地实现热态吊零和冷态吊零的切换。

0 引言
管道应力分析是压力管道设计的重要内容，它直接关系到管道自身和与其相连接的设备、连接件及土建结构的安全。随着火力发电机组容量的不断增大，蒸汽管道设计参数、管道规格也随之增大，管道应力分析也受到越来越多的重视。为了适应工程设计的要求，新的设计手段被逐渐引入工程设计中。CAESAR II作为一款在国际上广泛应用的应力分析软件，被越来越多的国内设计院所采用。

1 管道应力分析现状
目前国内电力管道应力分析主要采用Glif、CAESAR II等应力分析软件进行计算。软件应力分析普遍采用自重分配法进行管道的荷重分配，即按每个支吊点处管道自重产生的垂直位移为零的条件进行管道荷重的分配，这也就是我们常说的吊零。
吊零分析的优点主要是：

1）管系的自重应力分配均匀；
2）按垂直位移为零的变形条件方便软件进行计算。
吊零分配也有一定的缺点，比如在设备接口处，为减少管道对设备接口的附加力，希望管道重量由附近的支吊架承担；再如管道某个刚性点载荷过大，需要其它吊点分担一部分载荷，这就不能采用吊零分配荷重了。应力分析软件提供了给定载荷的功能，对于一般的支吊架按吊零分配载荷，对于给定点则按指定的载荷计算，可满足工程的实际需要。
由于管道运行分冷态和热态两种工况，那么吊零分配也就出现两种情况――热态吊零和冷态吊零。

冷态吊零是指支吊架在冷态时承担管道自重载荷；热态是指支吊架在工作态承担管道自重载荷。当管道由一种状态转变到另一种状态时，由于热胀冷缩管道会产生一定的垂直方向的位移D，会引起弹簧支吊架载荷的变化F=K×D，其中K为弹簧的刚度。由于管道长期处于工作态，所以Glif和CAESAR II默认采用热态吊零进行管道应力分析计算，这样在热态时管道支吊点载荷等于管道自重，www.china-heating.com管系中不出现弹簧的附加力。当管道处于冷态时，由于弹簧载荷的变化，支吊点载荷与管道自重载荷不同，会导致管道有一定的冷位移，特别是对柔性较大的管道，冷位移尤其明显。而采用冷态吊零计算时，管道支吊点冷态载荷等于管道自重，管道冷位移较小，便于管道的安装，二者的优缺点一直是业内讨论的焦点。下面通过一个实例，分别采用热态和冷态吊零进行应力计算，分析吊零方式对管道设计的影响。

2　吊零方式对管道的影响
CAESAR II可以方便地实现热态吊零和冷态吊零的设定。程序默认为热态吊零，在弹簧输入界面中勾选Cold Load，