GB∕T 29165.3-2023 石油天然氣工業(yè) 玻璃纖維增強塑料管 第3部分：系統(tǒng)設計（正式版）

石油天然氣工業(yè)玻璃纖維增強塑料管第3部分：系統(tǒng)設計Petroleumandnaturalg2023-11-27發(fā)布2024-03-01實施IGB/T29165.3—2023/ISO14692-3:2017前言 Ⅲ引言 V 2規(guī)范性引用文件 4系統(tǒng)布置要求 4.1通則 4.2空間要求 4.3系統(tǒng)支撐 4.4用于清理作業(yè)的隔離裝置及通道 44.5薄弱點 4.6火災和爆炸 5水力學設計 5.1通則 5.2流動特性 5.3限制流速的因素 5.4侵蝕 5.5水錘 6設計包絡線的生成 6.1分項系數 6.2載荷分項系數(f?) 6.3分項系數的組合及取值 86.4設計包絡線 7應力分析 7.1分析方法 97.2管道應力分析軟件 7.3分析要求 7.4撓度因素 7.5壓力增強因素 7.6管件建模 7.7容許撓度 7.8容許應力 7.9外部壓力 7.10軸向壓縮載荷(屈曲) 7.11縱向壓力膨脹 ⅡGB/T29165.3—2023/ISO14692-3:20178其他設計方面 8.1防火性能 8.2靜電 9安裝方和運行方檔案 附錄A(規(guī)范性)循環(huán)服役分項系數(A?) A.1概述 A.3相關理論背景 20附錄B(規(guī)范性)撓度系數和應力強化系數 B.2撓度系數 B.3應力強化系數 B.4管件建模 B.5可選組合載荷試驗 參考文獻 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件為GB/T29165《石油天然氣工業(yè)玻璃纖維增強塑料管》的第3部分。GB/T29165已經發(fā)布了以下部分：——第2部分：評定與制造；——第4部分：裝配、安裝與運行。本文件代替GB/T29165.3—2015《石油天然氣工業(yè)玻璃纖維增強塑料管第3部分：系統(tǒng)設計》。與GB/T29165.3—2015相比，除結構調整和編a)更改了第5章“系統(tǒng)布置要求”的內容，刪除了接頭的選擇、靜電放電控制和電化學腐蝕等內容(見第4章，2015年版的第5章);b)更改了第6章“水力學設計”的內容，增加了水力瞬態(tài)模擬分析和真空斷路器等內容(見第5章，2015年版的第6章);c)更改了第7章“結構設計”的內容，刪除了概述、制造商的壓力等級、評定壓力、因數化評定壓力、系統(tǒng)設計壓力、載荷要求、允許位移、評定應力和因數化應力等內容，對載荷產生的計算應力極限值和失效包絡線的確定等內容進行了優(yōu)化修改(見第6章，2015年版的第7章);d)更改了第8章“應力分析”的內容，刪除了外部壓力/真空、熱載荷、內壓產生的應力、管道支撐產生的應力等內容，增加了管道應力分析軟件、靈活性因素、壓力增強因素、管道建模、容許撓度、容許壓力、外部壓力、縱向壓力膨脹等內容(見第7章，2015年版的第8章);e)增加了管道的預估垂直撓度計算中管道剛度的確定方法(見7.7.2);f)增加了管道的預估垂直撓度計算中撓度滯后系數、管道上的垂直土壤荷載、管道上的動荷載、德丁系數、復合土壤約束模量的確定方法(見7.7.2);g)增加了環(huán)向應力綜合計算中形狀系數的取值方法(見7.8);h)更改了第11章“安裝和運行方檔案”的內容，刪除了檢驗規(guī)劃的要求(見第9章，2015年版的第11章);i)增加了附錄A“循環(huán)服役分項系數A?”(見附錄A);j)增加了循環(huán)長期強度系數f.確定方法(見A.2);k)刪除了附錄D“撓度分析指南”(見2015年版的附錄D);1)刪除了附錄E“大口徑充液管道的支撐應力計算”(見2015年版的附錄E)。本文件等同采用ISO14692-3:2017《石油天然氣工業(yè)玻璃纖維增強塑料管第3部分：系統(tǒng)設由于ISO標準印刷錯誤，本文件做了下列最小編輯性改動。a)ISO14692.3:2017圖1流程框中引用章或條編號標注有誤，第1框～第7框中，本文件依次分別修改為“見第4章”“見第5章”“見第2部分第4章”"見第6章""見第7章""見7.7和7.8"b)ISO14692.3:2017圖2中符號X和Y的標引序號說明未給出，本文件予以補充，X——循環(huán)次數和Y——循環(huán)加載比。d)ISO14692.3:20175.4.2中DNVRP0501引用標準號有誤，本文件修改為DNVRPO501。參考文獻中作相應修改。圖3標引序號3和4未給出說明，本文件補充為3——環(huán)向應力(σn)和請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由全國石油天然氣標準化技術委員會(SAC/TC355)提出并歸口。本文件起草單位：中國石油集團工程材料研究院有限公司、新疆中石油管業(yè)工程有限公司、輻基斯(青島)復合材料管道有限公司、勝利新大新材料股份有限公司、中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司、中國石油化工股份有限公司西北油田分公司。本文件于2015年首次發(fā)布，本次為第一次修訂。V玻璃纖維增強塑料管是一種以玻璃纖維增強不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂與酚醛樹脂為基體材料的復合塑料管，在石油天然氣行業(yè)中得到了廣泛應用。為了規(guī)范玻璃纖維增強塑料管的設計、制造、評定與運行，制定了石油天然氣工業(yè)玻璃纖維增強塑料管的系列技術文件。GB/T29165《石油天然氣工業(yè)玻璃纖維增強塑料管》旨在為石油天然氣行業(yè)提供各方認可的玻璃纖維增強塑料管的基礎術語、材料、評定、制造、設計、裝配、安裝和運行的標準。根據玻璃纖維增強塑料管全服役周期的各階段的特點，如應用及——第1部分：詞匯、符號、應用及材料。目的是為其余三個部分提供基礎術語和符號的信息，并對應用范圍和材料進行了規(guī)定和要求?！?部分：評定與制造。目的是為玻璃纖維增強塑料(GRP)的系統(tǒng)設計、裝配和按照提供質量評定和產品制造?！?部分：系統(tǒng)設計。目的是為整個玻璃纖維增強塑料(GRP)管道系統(tǒng)管路提供系統(tǒng)設計?！?部分：裝配、安裝與運行。目的是為玻璃纖維增強塑料(GRP)系統(tǒng)的施工方和用戶提供指導。1石油天然氣工業(yè)玻璃纖維增強塑料管第3部分：系統(tǒng)設計本文件規(guī)定了玻璃纖維增強塑料管系統(tǒng)設計的規(guī)范。本文件適用于玻璃纖維增強塑料管系統(tǒng)設計中的系統(tǒng)布置、水力學設計、結構設計、應力分析、防火及靜電控制等。本文件與GB/T29165.1—2022配合使用。本文件的使用指南見圖1,該圖是GB/T29165.1—2022表1中第5步和第6步的詳細流程圖。審查系統(tǒng)布局審查系統(tǒng)布局(見第4章)水力學設計(見第5章)29165.2—2022收集數據(見第2部分第4確定f?,生成設計包絡線(見第6章)應力分析(見第7章)驗證應力和變形量是否在允許范圍內(見7.7和7.8)驗證其他載荷(屈曲載荷、外部壓力)(見7.9和7.10)驗證防火性能和靜電要求(見第8章)圖1本文件使用指南22規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T29165.1—2022石油天然氣工業(yè)玻璃纖維增強塑料管第1部分：詞匯、符號、應用及材GB/T29165.2—2022石油天然氣工業(yè)玻璃纖維增強塑料管第2部分：評定與制造ASTMD2412用平行板荷載測定塑料管外部荷載特性的標準測試方法(Standardtestmethodfordeterminationofexternalloadingcharacteristicsofplasticpipebyparallel-plateloading)ASTMD2992—1996玻璃纖維(玻璃纖維增強熱固性樹脂)管及配件靜水壓設計基準標準實施規(guī)程[Standardpracticeforobtaininghydrostaticorpressuredesignbasisforfiberglass(glforcedthermosetting-resin)pipeandAWWA手冊M45玻璃纖維增強塑料管設計(Fiberglasspipedesign)GB/T29165.1—2022界定的術語、定義、符號和縮略語適用于本文件。4系統(tǒng)布置要求玻璃纖維增強塑料(GRP)管道的尺寸、管件及材料種類的選擇可能會受制造商生產能力的限制，因此在設計階段宜盡早明確產品應用要求。在選擇制造商時，宜將其所能提供的工程支持作為一個關鍵因素。設計管道系統(tǒng)時宜最大限度地采用預制管串以減少現場工作量。管串尺寸宜考慮以下因素影響：——現場運輸和裝卸設備的限制；——管串安裝和配套設施安裝限制；——安裝時配合公差的限制(“切割至適合”要求)。設計方應評估與制造商提供的專有管道系統(tǒng)性能相關的系統(tǒng)布局要求，包括但不限于以下內容：a)軸向熱膨脹要求；b)紫外線輻射和耐候性要求；d)連接系統(tǒng)要求；e)支撐要求；f)用于維護或隔離的要求；g)艙體和甲板之間的連接；h)吊裝時艙體彎曲要求；i)便于將來可能的維修和連接；j)安裝及使用過程中管道損壞的風險級別；k)防火性能；31)靜電控制。水壓試驗是評估系統(tǒng)完整性最可靠的方法。系統(tǒng)設計宜使GRP管道系統(tǒng)中局部管道在安裝結束后可立即進行水壓試驗，避免出現大型GRP管道系統(tǒng)施工結束時再進行整體水壓試驗過程中出現問題而影響項目整體工期進度的情況。4.2空間要求設計方應為某些GRP管道組件比鋼制組件更大的空間。與同等金屬組件相比，部分GRP管件通常具有鋪設長度長、體積大的特點，因此更易受空間限制。工廠內預制管串而非現場組裝單個管件能夠減少現場組裝空間受限問題。當空間受限時，宜考慮對GRP管道組件及金屬組件進行優(yōu)化設計。GRP管道系統(tǒng)可采用與金屬管道系統(tǒng)相同的支撐原理，但由于管道系統(tǒng)的特性，用于金屬管道的標準尺寸支撐可能與GRP管道外徑并不匹配。以下要求和建議適用于系統(tǒng)支撐的使用。a)支撐間隔不應使管道系統(tǒng)在設計使用壽命期間發(fā)生下垂(長期服役后發(fā)生過度偏移)和/或過度振動。b)支撐應按照制造商的指南設計。c)當管道固定可靠時，長距離鋪設可采用低模量材料以控制軸向膨脹，且無需采用膨脹節(jié)。此時，內部壓力引起的軸向膨脹已受限制，相應的推力荷載部分轉移到固定支撐上。d)閥門或其他重型附屬設備應進行支撐，必要時采用獨立支撐。在評估閥門質量時，還應將閥動扭矩納入評估范圍。注：由于閥門通常與遠離管道中心線的重型控制機構裝配在一起，容易形成過大彎曲載荷及扭轉載荷。e)除非設計方同意，GRP管道不應用于支撐其他管道。f)GRP管道應進行支撐，以確保其連接軟管接入公共設施或加載站時不會因材料應力過大而導致拔脫。管道支撐可分為滑動式管道支撐和固定式管道支撐兩類。以下要求和建議適用于GRP管道的支撐。a)支撐應保證足夠的長度，并應采用彈性材料或其他軟質材料做支撐襯墊以避免損傷受支撐的管道。b)不應出現點荷載?？赏ㄟ^使用60°以上接觸的支撐來實現。c)夾緊力不應壓損管道，安裝不當會導致管道局部壓損，夾緊力過大會導致管道環(huán)向壓損。d)支撐宜安裝在直管段，而非裝在管件或連接處。在彎頭或三通(或管段)上可直接使用“假腿”防火GRP管道的支撐結構應進行特殊設計。支撐如果安裝在防火涂層的外部，會導致載荷通過涂層時發(fā)生不規(guī)則傳遞，引發(fā)剪切/擠壓損傷，破壞支撐完整性。與膨脹型涂層直接接觸的支撐也會影響涂層的性能(即阻止涂層在火災下膨脹)?？蓪⒅瓮可吓蛎浶屯繉樱员Ｗo支撐處的管道。應在滑動式管道支撐上設置鞍座板、彈性材料或金屬片等耐磨損裝置。固定式管道支撐應在不對GRP管道材料造成過載的情況下，將所需的軸向載荷傳遞至管道。宜將4固定夾板設置在一個壓在管道外表面的止推環(huán)上或兩組雙180°的鞍架之間，與管道的外表面粘接在一起。宜使用制造商的標準鞍座并應按標準工序粘接。4.4用于清理作業(yè)的隔離裝置及通道設計方宜預先設置用于管道維護的隔離裝置及通道，例如用于清除排水管中的污垢及阻塞物的通道。宜在設計階段注明用于隔離或通道的接頭，并將接頭設置在便于將法蘭用千斤頂頂開的位置，不宜設置在兩個固定支撐之間的短管上。4.5薄弱點點載荷應最少化，必要時對GRP管道進行局部增強。設計方應評估GRP管道在安裝及使用中不當操作的風險，以及長期抗沖擊的需求。不當操作的起源主要包括：a)管道被人蹬踏或作為支撐；b)墜落物的沖擊；c)管路可能被鄰近吊運活動(例如吊桿、載荷、纜繩、繩索或鏈條)損壞；d)附近或上部空間焊接活動產生的焊熔金屬飛濺引起的損壞。小型管道支管(例如儀器及通風管)等容易遭受剪切破壞部位，宜設計加固角板以減少隱患。必要時宜設計防沖擊裝置以保護管道及防火涂層。4.5.3與鄰近設備及管道的動態(tài)響應及相互作用管件的相對運動可導致GRP管道應力過大，設計方應予以考慮。必要時應采用柔性管件。設計方宜確保GRP管道(與碳鋼管道系統(tǒng)相比)對不同動態(tài)響應產生的振動不會導致支撐產生磨損或支管應力過大。設計方宜保證GRP管道的支撐足以承受由于瞬時壓力波動(例如壓力安全閥操作及閥門關閉等)導致的沖擊荷載。參考文獻[8]對此提供了進一步的指導。當GRP管道受到陽光照射時，設計方應評估是否需要采用防紫外線措施以防止樹脂表面降解。如果GRP管道采用半透明材料，設計方宜考慮在管道外部噴漆以防止管道內慢速流動的水中滋生藻類。設計方應評估低溫對管道材料性能的影響，例如凍結/解凍的影響。當輸送液體時，設計方宜重點考慮內部流體的冰點。對于完全注滿的管道，內部液體的凝固會發(fā)生體積膨脹，從而導致GRP管道破裂或失效。對于供水管道，凝固或凍結過程中體積膨脹更易使GRP管道失效。管道可通過保溫和/或表面電加熱處理避免寒冷天氣下的凍結，以保證內部流體流動。設計方應評估以下因素影響：a)保溫材料的質量及增加的截面面積所產生的附加載荷；b)確保表面電加熱不會使管道溫度高于其最高額定使用溫度。宜將電伴熱螺旋式纏繞到GRP管道上，以便熱量均勻地分布到管壁四周?？赏ㄟ^預先將鋁箔包纏到管道上的方式改善熱量分布。54.6火災和爆炸應評估火災(包括爆炸)對系統(tǒng)布置要求的影響。對具有耐火要求的GRP管道系統(tǒng)進行布置設計時考慮的潛在事項包括：a)爆炸超壓、阻力和彈丸撞擊；b)接頭及支撐的耐火性；c)與金屬固定物之間的界面；d)在含有滯水的管道中形成蒸汽疏水器，以減少水對熱的傳導；e)噴射火焰；f)載人空間、逃生路線或人員有危險區(qū)域內管道的放熱和火焰蔓延；g)載人空間、逃生路線或人員危險區(qū)域管道的煙氣排放、可見度和毒性。為防止煙氣及火焰通過、背火面溫度升高和保持結構完整性，穿越(艙壁、防水壁、甲板)不應減弱穿越部位性能。因此，穿越部位應符合對相關危險區(qū)域的要求，對考慮使用特種GRP管道工程的穿越應進行耐火試驗和認證。5水力學設計5.1通則水力學設計旨在保證GRP管道系統(tǒng)能在其預期使用壽命內輸送額定速度、壓力及溫度的流體。管道公5.2流動特性估算壓力損失時應評估流體速度、密度、管道及管件內表面粗糙度、管道長度、管道內徑、閥門及管件阻力的影響。與金屬管道相比，GRP管道的內表面光滑，壓力損失較小，但是存在過多的膠珠時會增加管道壓力損失。5.3限制流速的因素設計者在選擇GRP管道系統(tǒng)流速時，應評估以下能夠限制系統(tǒng)流速的因素所造成的影響：a)最大允許壓力損失；b)防止泵和閥產生氣蝕；c)防止瞬時過載(水錘);d)減少侵蝕；e)減少噪聲；f)減少閥門等組件的磨損；g)管道直徑及幾何結構(慣性載荷)。對于典型GRP管道，連續(xù)使用情況下液體的平均線性流速為1m/s～5m/s,瞬時流速不超過10m/s。對于氣體而言，連續(xù)使用情況下其平均線性流速為1m/s～10m/s,瞬時流速不超過20m/s。當限制流速的因素已消除或得到控制時，例如設置排放到大氣的排氣系統(tǒng)時，可采用更高的流速。下列因素影響GRP管道對侵蝕的敏感程度：6b)管路構造；d)顆粒與流體的比例；e)氣蝕當管材抗侵蝕性能不明確時，設計方應咨詢制造商并考慮降低流速。GRP管道的抗侵蝕性能與流體中顆粒含量密切相關。設計方應評估流體中顆粒含量并相應降低最大平均流速。對于GRP管道而言，最嚴重的侵蝕損壞通常發(fā)生在硬粒子撞擊角在45°~90°之間的部詳細闡述了與侵蝕相關的問題。湍流對GRP管道侵蝕速率的影響取決于流體速度及顆粒含量。設計方設計管路構造時應評估湍流速度及潛在的侵蝕風險。為盡量減少對GRP管道系統(tǒng)的侵蝕損壞，應避免以下情況：a)流向的突然變化；b)局部流動受限或湍流引發(fā)體，例如在接頭內部殘留的過多膠黏劑(膠黏劑凝珠)。GRP管道因氣蝕易導致快速損壞。管道系統(tǒng)有時會形成氣蝕條件，設計具有較高流速系統(tǒng)時更易發(fā)生這種情況。氣蝕可能出現的位置包括：分段彎頭、三通及變徑管件的彎角處、偏心安裝墊圈的法蘭以及涂有過多膠黏劑的連接部位。設計方應采用標準方法預測氣蝕可能出現的部位(例如控制閥),并采用必要措施確保正常使用時不會出現氣蝕。5.5水錘GRP管道對水錘引起的壓力突變及失衡力的敏感性取決于其壓力值和發(fā)生頻率。在預期會發(fā)生壓力突變的情況下，應進行全面的水力瞬態(tài)模擬分析以確定GRP管道是否對水錘敏感。分析應包括初始啟動、開閥、水泵試驗及沖洗軟管等所有預期操作條件。如果水錘風險極大，設計方應采用標準方法確保瞬時壓力不超過水壓試驗壓力。產生水錘的主要原因為閥門的快速關閉。管線越長，流體流速越快，產生沖擊載荷越大。沖擊載荷通常會使管道內部出現振動。與同壓力等級鋼管相比，由于GRP管道軸向彈性模量較低，因此其縱向振動更大。水力瞬態(tài)模擬分析可以確認是否需要使用真空斷路器以防止形成真空條件和蒸汽空蝕。正確的選擇真空斷路器(也稱為空氣真空閥)的尺寸可以有效防止水柱分離，減少水錘效應。真空斷路器的尺寸和位置至關重要，為確保其有效性，所選位置應能使空氣迅速進入，所選尺寸應適應在安裝期間由于空氣壓縮而產生的巨大壓力。排氣通?？刹捎门艢夂涂諝庹婵臻y組合方式。6設計包絡線的生成6.1分項系數A?為設計壽命分項系數，當進行非20年設計壽命計算時，用于將長期包絡線縮小到設計包絡線。7A?由公式(1)定義：式中：t——設計壽命，單位為小時(h);Gxx——××℃時回歸曲線斜率。A?應不大于1.0。耐化學性分項系數A?應用于將長期包絡線縮小到設計包絡線以考慮化學降解的影響。按照GB/T29165.2—2022中4.5.2取值。6.1.3疲勞載荷和循環(huán)載荷循環(huán)服役分項系數A?應用于將長期包絡線縮小到設計包絡線，并按照圖2和附錄A進行計算得到。X標引序號說明：1——全靜載荷；2——全循環(huán)載荷；X——循環(huán)次數；Y——循環(huán)加載比。圖2A?為循環(huán)次數和載荷比值的函數6.2載荷分項系數(f?)載荷分項系數f?用于評估持續(xù)載荷，應通過考慮與管道系統(tǒng)相關的運行條件及風險確定。用于特殊管道系統(tǒng)的分項系數值應由用戶指定。f?的推薦典型值為：a)持續(xù)荷載條件下為0.67;b)持續(xù)荷載加上自限位移條件為0.83;c)偶然荷載條件下為0.89。8表1提供了GRP管道系統(tǒng)承受不同載荷時f?典型推薦值。設計方在確定荷載工況時應有自由裁量權。表1GRP管道系統(tǒng)承受載荷時分項系數典型推薦值持續(xù)持續(xù)+自限位移偶然工作和持續(xù)的內部、外部或真空壓力，最大工作壓力(MOP),Paes熱引發(fā)的載荷，電表面加熱或其他伴熱方法水壓試驗和其他偶然壓力水錘或其他壓力突變壓力安全閥釋放管道自重、管道保溫質量、防火質量、輸送介質質量、浮力、其他系統(tǒng)載荷安裝曲率半徑(繩索)臨時車輛交通荷載對埋地管道的影響持續(xù)慣性荷載(如每日波浪作用、船舶運動、漲潮期間的不穩(wěn)定、運行期間的其他運動)操作條件引起的支撐位移(如操作期間船體彎曲)埋地管道長期垂直變形引起的環(huán)向彎曲偶然慣性荷載(如運輸、風暴等期間的運動)地震引起的水平和垂直力由于外界條件(如提升過程中的彎曲)引起的支撐位移環(huán)境載荷，冰土壤載荷(埋深)絕熱冷負荷土壤沉降埋地管道上的車輛交通載荷風(偶然的情況，如暴風雨)——混凝土密封爆破超壓不穩(wěn)定條件下的熱致載荷注1:根據當地環(huán)境，有些情況，如冰雪，可能被認為是持續(xù)的，也可能是偶然的。注2:持續(xù)十自限位移，旨在涵蓋持續(xù)荷載和自限位同時發(fā)生的荷載情況。注3:土壤沉降視為持續(xù)+自限位移荷載。注4:在埋地系統(tǒng)中，可能需要在明溝(即非埋地)條件下評估水壓試驗荷載情況。注5:在埋地系統(tǒng)中，荷載自限是基于穩(wěn)定土壤的。6.3分項系數的組合及取值設計方應確定荷載情況的適用組合。對于現場水壓試驗加載情況，A。、A?和A?應為1.0,f?應為0.89。根據以下公式構建各自的設計包絡線。設計包絡線應基于公式(2)～公式(7),如圖3所示：σhAes21=f?×A。×A?×A?×σh.LT.2:1.x (2)GaAe.21=f?×A。×A?×A?×σaLT.211.xx (3)Gh.desRtst=f?×A?！罙?×A?×σh.LT,Rtt,xx (4)GadesRtas=f2×Ao×A?×A?×oaLT,Rtst,xx (5)σaAes.o1=f?×A?×A?×A?×oa.LT.at?.xx (6)σmdO-1=1.25×f?×A。×A?×A?×oado f?——載荷分項系數；A。——設計壽命分項系數；9A?——耐化學性分項系數；A?——循環(huán)服役分項系數；GmLT.2!1.××——在××℃時，無約束，液壓(2:1)條件下，長期包絡軸向應力，單位為兆帕(MPa);GLT:2'1.××——在××℃時，無約束，液壓(2:1)條件下，長期包絡環(huán)向應力，單位為兆帕(MPa);oLTo!1.××——在××℃時，純軸向載荷條件下長期包絡軸向應力，單位為兆帕(MPa)注：本文件中的設計程序是基于在任何載荷條件下，管件和接頭強度不低于直管的前提。然而，在某些管件和接頭的制造工藝方法中，增強層纖維纏繞角度可能與直管增強層纖維纏繞典型的55°纏繞角相差很大。因此，在軸向和環(huán)向上具有等量增強層的管件或接頭的長期包絡線的理論形狀更接近于矩形，甚至接近于正方形。使用不同于管道的工藝方法會對長期包絡線、設計包絡線和f?系數產生影響。在某些情況下，管件或接頭在軸向上的強度明顯大于纖維纏繞的直管，但在環(huán)向上強度較低。反之亦然。為了滿足管件和接頭強度不低于直管的前提，可能需要額外加固、增加壁厚或其他提高強度的方法。標引序號說明：1——長期包絡線；2——設計包絡線；圖3長期包絡線和設計包絡線之間的關系7.1分析方法管道系統(tǒng)的結構分析應采用人工或計算機方法。但是，分析程度取決于下列因素，a)管道工程的靈活性；b)管路布局的復雜性；c)管道支撐；d)管道直徑；e)溫度變化幅度；f)系統(tǒng)極端條件和失效風險評估。7.2管道應力分析軟件目前所有的管線和管道的應力分析軟件都是從等距“柱狀圖”開始的。除使用應力分析軟件外，內壓引起環(huán)向應力和軸向應力分別計算。在使用應力分析軟件進行管線和管道的應力分析時，使用“梁單元”來計算外部施加力矩引起的軸向彎曲應力和外部施加軸向力引起的軸向應力。整體力和力矩轉換為局部軸向力和彎矩。由于應力值較低，因此忽略垂直于管壁的平面外剪力。在對管道系統(tǒng)的分析中，計算的應力均基于管壁特性，使用梁單元對整個等距“柱狀圖”中的管壁特性進行建模。然后，使用默認的軸向應力強化系數和每個部件的軸向撓度系數修改計算出的管道響應(應力和撓度),以便模擬或預測部件(管件或接頭)的性能與基于管壁響應的分析中的計算值之間的關系。默認的軸向應力強化系數說明了在R=0～R=2.0載荷施加情況下部件的未知性能。真實或測量的軸向應力強化系數能由制造商通過R的1000h鑒定試驗來確定。由于所有構件均在R=2.0時合格，所以構件不需要環(huán)向壓力修正。本文件將環(huán)向和軸向的計算應力與“梯形設計包絡線”進行了比較。該包絡線定義了軸向和環(huán)向應力的允許組合。其他標準可能會報告馮·米塞斯(VonMises)應力或最大剪應力，如由莫爾圓確定的剪應力。這些報告或計算的應力與復合材料等各向異性材料無關，僅適用于鋼等各向同性材料。因此，涉及這些應力的設計標準(如BS7159)不宜作為設計規(guī)范。7.3分析要求設計方應基于系統(tǒng)的臨界性能和由于操作或材料因素導致的失效風險對整個管道系統(tǒng)進行評估，以評估對撓度/應力分析的需要。應檢查固定(支撐)載荷是否超出支撐結構最大允許支撐載荷。注2:由于制造工藝的特性，GRP管道的尺寸通常以內徑和壁厚表征。7.4撓度因素GRP管道的彎頭和三通的撓度系數按照附錄B確定。7.5壓力增強因素GRP彎頭和三通的軸向應力增強系數(平面內和平面外)應為：——1.5;由于所有部件均應符合GB/T29165.2—2022中的鑒定程序，其中包括R=2.0試驗產生的環(huán)向應力，因此任何部件都不需要環(huán)向應力強化系數。法蘭、異徑管或管接頭無對應的應力強化系數。由于所有部件都符合GB/T29165.2—2022中的鑒定程序，因此不需要壓力應力乘數。關于應力強化系數的附加信息見附錄B。對于最大壓力等級(MPR)等于直管的管件，應在應力分析中使用管道的尺寸特性(ID、trmin)對管件進行建模，而非管件的尺寸特性。對于MPR不同于直管的管件，應在應力分析中使用等效額定管道的尺寸特性(ID、trmin)對管件示例：200NB管道系統(tǒng)由額定壓力1MPa的直管和額定壓力2MPa的管件組成。額定壓力1MPa組件中的最小增強層厚，直管為3.0mm,彎頭為5.0mm。額定壓力2MPa組件中的最小增強層壁厚，直管為6.0mm,彎頭為10.0mm。那么,管件在應力分析中建模壁厚為6.0mm,即等效額定值(2MPa)管道的壁厚。一些用于應力分析的軟件將三通和其他分支作為一個單一的節(jié)點(交叉點)來建模，這種建模方式T形三通進行正確建模，則需要設計方為T形三通建立3個節(jié)點模型。為簡單起見，可接受對三通的7.7容許撓度對于地上管道系統(tǒng)，垂直撓度不應大于12.5mm或跨度/支撐間距的0.5%,二者取其中較小值。如果上述要求不大于制造商推薦的最小支撐間距，則撓度應控制在上述范圍內。運行方和制造商應達管道的預估垂直撓度△y除以Dr.min,結果應不大于5%:…………………W?——管道上的動荷載，單位為牛頓每平方米(N/m2)[見AWWA手冊M45(第二版)中PS——管道剛度，單位為千帕(kPa)(按照ASTMD2412進行平行板荷載試驗，垂直直徑減注1:公式(9)與AWWA手冊M45(第二版)相似，公式(5)～公式(8)中Dr.mn代替D。注2:除了5%的限值外，不需要將管道的預估垂直撓度與任何許用垂直撓度進行校核。7.8中將采用公式(10)~公式(12)校核組合應力。注3:撓度滯后系數的含義是將管道的短期撓度轉換為幾年后的長期撓度。撓度的增加是來自土拱損失引起的覆蓋層荷載增加[見AWWA手冊M45(第二版)中5.7.3.3]。雖然理論上認為大部分撓度增加發(fā)生在幾個月(甚至幾周)內，但在水壓試驗情況下，將撓度滯后系數包括在內是不合適的。如果管道未回填，設計方一般選擇將水壓試驗荷載情況下的D?設置為1.0。7.8容許應力 (10) 式中：re——復測系數(P≤3時rc=1-P/3,P>3時re=0)D形狀系數[見AWWA手冊M45(第二版),表1];△y/D-min——管道的預估垂直撓度[見公式(9)];Eb——環(huán)向彎曲模量，單位為兆帕(MPa)。注1:由于內部壓力和埋設條件的綜合影響，即使在產品的設計性能范圍內使用，工程系統(tǒng)的環(huán)向應力的總和也可能超出設計范圍。此時，設計方可能需要選擇MPR更高的產品、降低產品額定性能、降低設計條件、減少因土荷載引起的應力或從制造商處獲取更多的設計包絡線的數據點。注2:σhu項通過撓度和Eh計算。注意不是基于ASTMD5365或ASTMD3681的方法進行長期測試得到的數據。上述標準的試驗方法只適用于環(huán)向加載(采用了自由端接頭),破壞模式可能是纖維斷裂。而這種僅在環(huán)向加載的管道不在本文件的范圍內(連接方法是約束性連接)。由于樣品僅在環(huán)向加載，根據ASTMD5365和ASTMD3681獲得的應變或應力將遠高于ASTMD2992—1996的預測值。所以，本文件不使用ASTMD5365和ASTMD3681中的數據。注3:σm項可以是正值(拉伸)或負值(壓縮),但在應力計算中只需考慮拉伸分量。注4:凹陷回圓系數(內壓的函數)從理論上解釋了環(huán)彎曲應力隨著內壓的增加而減少。管道剛安裝完時，由于土壤的質量，管道會發(fā)生偏轉，這是初始彎曲應變。當管道施加內壓時，部分應變會被消除。AWWA手冊M45中的公式用于估算給定壓力下的彎曲應變與初始彎曲應變的比值。對于大直徑、低壓額定壓力的管道，R?？赡苁撬畨涸囼灪奢d的一個重要參數，但對于高壓、厚壁的管道可能不需要考慮R。。注5:撓度是一個埋地管道設計時需要控制的重要參數。土壤荷載、動荷載、土壤特性(最重要的是剛度)和管道剛度都對計算(或預估)管道的垂直撓度有直接影響。AWWA手冊M45指出理論預測的管道垂直撓度可以提供與現場實際撓度不同。在AWWA手冊M45(第二版)5.7.3.2中也指出：經驗表明，如果未達到設計假設，撓度水平可能高于或低于計算預測值。因此，AWWA手冊M45建議采用管道的許用垂直撓度(通常設置為5%,作為平均管徑的一部分)用于計算。本文件規(guī)定在計算由土荷載引起的環(huán)向彎曲應力時，用△y代替δa。注6:D;是一個用于描述在埋地管道發(fā)生偏轉的條件下管道形狀與理想橢圓偏差的系數。該系數是通過測量不同管道剛度的埋地管道在不同土壤條件下的局部形狀變化來確定的，不是派生數。軸向應力總和應通過公式(13)～公式(21)確定：對于軸向約束管道：GB/T29165.3—2023/ISO14692-3:2017P——內壓，單位為兆帕(MPa);ID,——管體增強層的內徑，單位為毫米(mm);ODrmin——管體增強層的最小外徑，單位為毫米(mm);σm——內壓引起的軸向應力，用公式(14)或公式(15)計算，單位為兆帕(MPa);σh——彎矩導致的軸向應力，單位為兆帕(MPa)σa——外力導致的軸向應力，單位為兆帕(MPa)σ——扭曲或其他彎曲對管道產生軸向應力，單位為兆帕(MPa);σa——完全受約束的管路系統(tǒng)中熱載荷引起的軸向應力，單位為兆帕(MPa);vah——次泊松比，軸向應力引起的環(huán)向應變；SIF——軸向面內應力強化系數；SIF?！S向面外應力強化系數；M;——面內彎矩，單位為牛頓米(N·m);M?！嫱鈴澗?，單位為牛頓米(N·m);Z,——管壁最小增強層的軸向截面模量，單位為四次方毫米(mm?);F?——局部軸向力，單位為牛頓(N);A,——管體增強層最小橫截面積，單位為平方毫米(mm2);C——安裝曲率半徑，單位為米(m);E。——軸向拉伸模量，單位為兆帕(MPa);α?——軸向熱膨脹系數，單位為毫米每毫米每攝氏度[mm/(mm/℃)];Timal——安裝溫度，單位為攝氏度(℃);Taesgn——設計溫度，單位為攝氏度(℃)。注7:σa僅出現在軸向伸長受限的管道系統(tǒng)中。在其他系統(tǒng)中(例如在膨脹回路或轉彎變向的管路中),管道受熱軸向伸長會產生反作用力和力矩，需要進行適當的分析。注8:假定溫度變化不會產生環(huán)向應力分量。注9:將承受內壓的管道視為無約束管道，隨著壓力的增加管道會軸向伸長。在端部加上軸向荷載成為完全約束的系統(tǒng)后，端部軸向荷載將使管道恢復到其原始長度(即，完全約束系統(tǒng)的長度不變)。該方法為無約束、錨固和埋地管道系統(tǒng)的分析提供了統(tǒng)一的方法。以類似的方式，將受溫度變化影響的管道視為無約束管道，隨著溫度的升高管道會軸向伸長。在端部加上軸向端荷載成為完全受約束的系統(tǒng)后，將使管道恢復其原始長度。假設溫度變化不會產生環(huán)向應力分量。注10:假定受約束管道僅在軸向受到約束，在環(huán)向方向沒有約束。在長距離埋地的管道中，累積的軸向摩擦力會阻止管道發(fā)生軸向移動。但是在環(huán)向上，典型土壤的彈性模量遠低于管環(huán)向的彈性模量，對管道的約束作用不大。因此，由內壓計算出的無約束和有約束管道的環(huán)向應力是相同的。但是，根據內壓計算的軸向應力僅包括受約束管道的泊松效應。對于例外情況，如包埋在混凝土中的管道，內部壓力無法產生環(huán)向應力時，有關方向約束的假設可能會產生一個保守的設計，以保持安全。注11:σa可視為σ的一種形式，不重復使用。σ用于完全約束的管道系統(tǒng)(地上或埋地)。σb通常包括管道方向相反對應兩側的拉應力和壓應力，可能是頂部/底部或左側/右側。因此，應對每個平面上的應力進行適當的求和(注意每個應力是正應力還是負應力),并根據公式(21)確定兩個總和的矢量和：GB/T29165.3—2023/ISO14692-3:2017注13:上述指南中提到的約束和不受約束指的是系統(tǒng)的安裝類型，而非接頭類型(例如層壓或粘合接頭為約束接頭)。對于每個荷載情況，環(huán)向應力和軸向應力之和應在設計包絡范圍內。7.9外部壓力管體和管件的剛度應抵抗真空和/或外部壓力荷載。最小剛度可抵抗安全系數F。為1.5的短期真空(例如通過上游閥門的操作)。易受長期真空和/或外部壓力荷載影響的管道，其剛度應抵抗誘導荷載，安全系數F。為3.0。GRP管道的外部壓潰壓力P。,單位為兆帕(MPa),應采用公式(22)計算，該公式假定管道長度明式中：Enh——環(huán)向彎曲模量，單位為兆帕(MPa);trmin——管壁增強層最小壁厚，單位為毫米(mm);Drmin——管體最小增強層的平均直徑，單位為毫米(mm)。7.10軸向壓縮載荷(屈曲)7.10.1殼體屈曲圓筒在純彎曲情況下的軸向彈性屈曲應力σ,單位為兆帕(MPa),按公式(23)計算：trmin——管壁增強層最小壁厚，單位為毫米(mm);Drmin——管體最小增強層的平均直徑，單位為毫米(mm)。β值由公式(24)得出：軸向彈性屈曲應力與σb之比應不小于3.0:7.10.2歐拉(Euler)屈曲對于軸向壓縮系統(tǒng)載荷，例如有約束的熱膨脹或帶有端部壓縮載荷的垂直管串，與已知長度(L)的無支撐管道，軸向壓縮荷載不應超過Famx,單位為牛頓(N),使用公式(27)定義：GB/T29165.3—2023/ISO14692-3:2017式中：I?——管體最小增強層的慣性矩，單位為四次方毫米(mm?);L——無支撐管道的長度，單位為米(m);E——軸向拉伸模量，單位為兆帕(MPa)。等效歐拉屈曲應力σ,單位為兆帕(MPa),由公式(28)給出：Famax——最大軸向壓縮載荷，單位為牛頓(N);A,——管體增強層最小橫截面積，單位為平方毫米(mm2)。等效歐拉屈曲應力與最大壓應力之比應不小于3.0:)式中：σu.e——等效歐拉屈曲應力，單位為兆帕(MPa);σacmp——管道無支撐長度上的最大壓應力，單位為兆帕(MPa)。注3:設計方可能需要考慮內壓引起的歐拉屈曲(即水流是導致屈曲的原因)。理論上，該屈曲壓力等效于提供了“虛擬”軸向壓力推力荷載，該軸向壓力推力荷載等于歐拉屈曲荷載。這種現象可能發(fā)生在小口徑地上管道系統(tǒng)中。7.10.3屈曲壓力-埋地管道埋地管道的外部徑向應力(σm.b),單位為兆帕(MPa),應采用公式(30)或公式(31)計算：式中：γw——水的重度，9800N/m3;hw——埋地管道頂部以上水面高度，單位為米(m);Rw——水浮力系數；))Wc——管道上的垂直土壤荷載，單位為牛頓每平方米(N/m2)[見AWWA手冊M45(第二版),W?——管道上的動荷載，單位為牛頓每平方米(N/m2)[見AWWA手冊M45(第二版)第5.7.3.6;如果不存在動荷載，設計方應選擇將W?=0設置為水壓試驗荷載情況];P、——內部真空壓力，單位為兆帕(MPa)(按大氣壓力減去管道內的絕對壓力計算)。在任何單一荷載情況下，通常不會同時考慮動荷載和內部真空。容許屈曲應力(o),單位為兆帕(MPa),由公式(32)計算：式中：C。——用于解釋某些非線性效應的標量校準因子，取值0.55;Eb——環(huán)向彎曲模量，單位為兆帕(MPa);trmin——管壁增強層最小壁厚，單位為毫米(mm);φ、——表征壓實土壤剛度變化的系數，如果沒有其他數據可用，取值0.9M、——約束土壤模量，單位為兆帕(MPa)[見WWA手冊M45(第二版)5.7.3.8];k√——土壤泊松比的模量修正系數。σ與σb之比，外部徑向壓力應不小于2.5:式中：σa——容許屈曲應力，單位為兆帕(MPa);7.10.4隆起屈曲壓力對于在高溫或高壓下運行的埋地管道，隆起屈曲是一個常見的設計問題。由于運行條件對管道施加較大的軸向壓力時，管道有向上屈曲的趨勢。為了防止隆起屈曲，管道的埋深深度應使土壤覆蓋層能夠提供足夠的抗隆起力。設計人員在設計時應選擇合理方法應對埋地管道的隆起屈曲。7.11縱向壓力膨脹式中σn,ayg采用不同的計算方法，由公式(35)確定：以及σapavg采用不同的計算方法，由公式(36)確定：注：彈性響應與管壁的平均應力有關。8其他設計方面8.1防火性能8.1.1通則設計方應確定對管道系統(tǒng)防火性能的要求。防火性能包括以下特性：a)耐火性；b)燃燒反應。耐火性是指在燃燒過程中特定時間內某一結構元件或組件作為隔離物或結構組件繼續(xù)發(fā)揮其功效的能力。燃燒反應性能與材料和點火時間相關，表面火焰蔓延特征包括燜燃、明火后燃燒和熱、煙、毒氣排放比。如果管道不符合規(guī)定的耐火性及燃燒反應性能要求，設計方應選擇以下替代方案：——重新設計線路以減少或消除火災危險；——采用替代材料；——采用適當的防火涂層。如果采用防火涂層，設計方應評估涂層應用的可靠性及其在服役壽命周期內保持其功效的能力。設計方應按照GB/T29165.2—2022中5.5.4中給出的防火分類規(guī)范，分配管道系統(tǒng)所需的防火性能。整個管道系統(tǒng)無需具有相同的防火等級。應根據安全條件下確定的設備總耐火時間和/或財產保護要求評估防火要求。如針對最嚴重的火災危險，如噴射火焰，僅影響管道一小部分的情況下，設計方應選擇使用防護屏蔽。GRP管道組件的耐火性應按委托方及權威機構認可的GB/T29165.2—2022中附錄H規(guī)定的相應方法確定。設計人員還應評估以下因素的影響：a)管道及管件的走向；b)管道內流體狀態(tài)(例如干燥、滯流或流動);c)在管道內形成疏水閥的可能性，即水所提供的冷卻效果會在局部消失；d)穿越處的防火性能；e)與金屬管件(例如閥門及支撐夾板)接觸并可將熱量傳導至GRP管道組件的界面應選擇采用防火涂層；f)支撐在火災中過早失效的風險，該風險可導致管道承受附加應力；g)將GB/T29165.2—2022中附錄H中評定防火性能時采用的長度與支撐跨距相比較，必要時設計方應減少跨距或增加壁厚以確保管道在火災中自重狀態(tài)下可以保持其完整性。注：GRP管道中樹脂的熱解屬于吸熱過程，可以吸收火焰熱量并延緩溫度升高。此外，樹脂熱解后有利于形成絕熱炭化層，從而保護底層材料。因此，GRP管道可以在很長一段時間內保證良好的耐火性。對于非防火供水管，管壁處水的緩慢滲漏可以降低管道的表面溫度，是GRP管道具有耐火性的重要因素，但設計方應確保滲漏造成的流體損失不會降低系統(tǒng)性能。當內部為除水外的其他流體時，GRP管道的耐火性可能有所不同，例如產出液、乙二醇、柴油管道及封閉式排污管，設計方應確保GRP管道在這些條件下具有規(guī)定的防火性，防火性可能要求進行風險分析或附加試驗。燃燒反應包括下列性能：a)易燃性；b)表面火焰蔓延特性；c)熱釋放率；d)煙氣排放；e)毒氣排放。確定防火涂層的性能時，設計方應評估下列因素的影響。a)管道安裝區(qū)域的火災風險(火災區(qū)域)和火災類型。b)管道的類型、等級和直徑。c)采用的連接系統(tǒng)。d)管道處于干燥狀態(tài)或含有滯流水或流動水。e)惰性防火涂層的類型及厚度。f)長期氣候、鹽水、溫度及紫外線輻射的影響。h)涂層及管路的液體吸收性能。如果用于鹽水、石油或艙底污水等環(huán)境下，涂層的防火性能不應降低。i)涂層在現場條件下附著性及界面液體滯留的影響。涂層的附著力應能保證其在附著力試驗中不剝落、碎裂或成粉末狀。j)易于維修防火涂層宜由制造商在工廠涂裝。使用防火材料以達到火焰蔓延、煙度及毒性要求，其作用對管道結構應是永久性的。現場涂層施工應只限于安裝目的，例如現場接頭和管道支撐。在設計過程中，應評估GRP管道系統(tǒng)中可能的靜電積聚和隨后的排放所造成的影響。影響靜電積聚的因素包括：a)管板的導電性；b)輸送流體的電導率；d)湍流；e)環(huán)境濕度；f)非導電介質(例如風、蒸汽等)的外部沖擊；g)管道與流體的界面。GRP管道的內外部或線路中的絕緣金屬部件上均可能產生靜電電荷。電荷積累后放電產生的火花可能會刺穿管壁，點燃周圍的爆炸性環(huán)境，或在存在足夠空氣的情況下點燃易燃的管道介質。因此，當使用GRP管道系統(tǒng)輸送能夠產生靜電放電的流體(靜電蓄積體)或在危險區(qū)域(即故障條件下可能含有爆炸性環(huán)境的區(qū)域)使用GRP管道系統(tǒng)時，應評估這些風險。實際上，電導率小于1000pS/m的流體被認為是不導電的，因而能夠產生靜電電荷，精煉產品和餾分屬于此類，因此用于輸送這些液體的管道應具有導電性。流體電導率大于1000pS/m被認為是靜電非蓄積體，因此當位于非危險區(qū)域時，可以通過不具有特殊導電性能的管道輸送。如果由于流體不導電而需要導電管道，則GRP管道的體積電阻率不應超過103Ωm。無論輸送是什么介質，如果管道穿過危險區(qū)域，應確認GRP管道是否導電。如果在危險區(qū)域需要導電管道，其表面電阻率不應超過10?Ω/m2。注1:危險區(qū)域的定義見GB/T29165.1—2022。此定義可能不同于國際電工委員會(IEC)或國家電氣規(guī)范(NEC)中的定義。注2:最近的研究(見參考文獻[9]和[10])表明，非導電GRP管道在甲醇中的放電不足以引燃甲醇，其放電能量約為引燃典型碳氫化合物能量的一半。因此，在危險區(qū)域引燃性放電的風險主要是由于管道上電氣隔離的大尺寸金屬物體，而不是GRP管道本身。管道系統(tǒng)中任何一點的接地電阻不應超過10?Ω。此外，如果GRP管道中沒有足夠的電氣路徑，金屬管件和機械接頭應單獨接地。關于控制靜電放電風險的進一步細節(jié)，宜參考APIRP2003。9安裝方和運行方檔案系統(tǒng)設計方應提供安裝及運行人員使用的必要資料，這些資料應包括但不限于。a)運行及設計參數：1)設計壓力；2)設計溫度；3)表征固化程度的性能指標；4)每個組件的MPR;5)每個管道系統(tǒng)的平均和最大流速條件；6)耐化學性限制(如適用);7)消除或控制水錘及氣蝕的方法(如適用);8)防火等級和防火管道的位置(如適用);9)導電性分類、導電管道位置、接地漏電/接地要求及接地點的位置；10)臨界條件。b)重型設備的系統(tǒng)圖紙和支撐要求。c)管道回路中連接終端接頭的最佳位置(如適用)。d)管段早期壓力試驗指南(如適用)。(規(guī)范性)A.1概述A?是壓力循環(huán)變化影響的降容系數。本附錄描述了A?公式的來源。A.2計算A?的公式可根據公式(A.1)替代圖表方法來確定A?:循環(huán)長期強度系數f.定義為分別在100000h(靜荷載)和150000000次循環(huán)(循環(huán)荷載)下的投影應力值之比。這些值應按照ASTMD2992—1996程序A(循環(huán))和B(當Rc>0.4,A?按照公式(A.2)進當Rc≤0.4,A?按照公式(A.3)進行計算：A?應大于或等于1/f.。如果計算值為0.9～1.0,A?應為1.0。在7000次或更少循環(huán)時，A?應為A.3相關理論背景根據圖2可得到R=0.4曲線。該曲線是按照ASTMD2992—1996程序A得到的循環(huán)回歸線，所回歸與循環(huán)回歸比值的默認值為4.0,這是基于實際測試數據而得出的保守值。使用150000000次循環(huán)的循環(huán)回歸與100000h的靜態(tài)回歸的比值時，在靜態(tài)回歸的基礎上疊加循環(huán)回歸(即兩者的化學降解暴露時間相同)是必要的。注意循環(huán)回歸的值沒有安全系數(標稱回歸線)。原因是A?將降容系數疊加在靜態(tài)退化之上，靜態(tài)退化值是一個置信度下限值(LCL應力),并在不同載荷情況下應用f?進行設第一條裂紋出現后，會逐漸擴展導致失效。循環(huán)試驗的應變極限確定了第一次裂紋的出現條件。較小的應變極限不會與靜態(tài)回歸線相交，因此樹脂基體在橫向載荷作用下的開裂機理，將適用于持續(xù)20年的使用壽命。限就不會有進一步的循環(huán)疲勞，因此需要進一步校核樹脂的極限應變。然而，54°層合管道的應力不只是在纖維方向，還包括垂直纖維方向上受力。根據復合材料理論，提供正軸(沿纖維方向)應變，就會產生偏軸(垂直于纖維方向)負應變，反之亦然。因此，在纖維方向上測試得到單向板疲勞數值對54°層合板的疲勞或樹脂應變極限沒有什么指導意義，因為54°層合板是雙向加載的，會產生與纖維的方向相交的應變和應力。A.3.2疲勞極限Battelle從眾多管道制造商收集的數據中發(fā)現，疲勞極限值在10?次～10°次循環(huán)之間。來自Talreja的數據也說明了樹脂中應變的疲勞極限，這兩個值具有很強的相關性?；谏鲜鰞身棓祿?，疲勞極限被設定為150000000次循環(huán)，這也是從ASTMD2992—1996程序A得到的預測值。A.3.3循環(huán)回歸率與循環(huán)加載比(Rc)關于循環(huán)回歸率隨循環(huán)加載比(Rc)的增加而變化的數據并不多。然而，Battelle數據確實表明，隨著荷載比的增加，回歸速度(斜率)變慢。目前可用的有限數據支持當前的推薦值。注：如何解釋全循環(huán)載荷和部分循環(huán)載荷是循環(huán)服役分項系數A?最薄弱的部分。任何未來的數據或理論都可能改進A?的方法，但目前的數值在有限的Battelle數據中得到了支持。(規(guī)范性)撓度系數和應力強化系數B.1通則撓度系數應適用于彎頭和三通。軸向應力強化系數(面內和面外)應適用于彎頭和三通。由于所有組件都按照GB/T29165.2—2022進行了認證，其中包括R=2.0試驗產生的環(huán)/軸向應力，因此不宜對任何組件使用環(huán)向應力強化系數。法蘭、異徑管或管接頭無對應的應力強化系數。由于所有組件都按照GB/T29165.2—2022進行了認證，因此不需要壓力應力乘子。B.2撓度系數B.2.1一般注意事項撓度系數描述了直管段或直管與彎頭(或三通)之間的軸向彎曲剛度關系。假設直管和彎頭(或三通)具有相同的直徑和壁厚，并承受相同的彎矩，撓度系數大于1.0表示彎頭(或三通)的剛性不如直管(柔性比直管更好，會有更大的偏轉)。復合材料彎頭或三通的剛度通常低于直管，因為在彎頭或三通發(fā)生彎曲時，截面形狀會改變(即不再是圓形)。橫截面的變化減小了慣性矩，從而降低了剛度。ASMEB31.3和BS7159提供了不同管件撓度系數的經驗公式。撓度系數的公式僅基于組件的幾何結構。在確定撓度系數時，應合理解決GRP彎頭和三通等若干問題，如：a)GRP是各向異性材料，其環(huán)向模量通常高于軸向模量。與軸向模量和環(huán)向模量相同的各向同性材料相比，GRP的橫截面變化通常小于各向同性材料的變化。b)彎頭的厚度通常大于直管的厚度。而且通常在彎頭的拐點處，內弧側和外弧側壁厚更大。c)直管與彎頭接口處的材料重疊會產生硬化效應。研究成果表明彎頭的剛度比經驗公式計算的要高得多(即撓度系數要低得多)(見參考文獻[11])。注：不正確的撓度系數可能會對管道系統(tǒng)中的應力計算產生重大影響。與應力強化系數不同，遠高于實際值的撓度系數不一定是保守的。B.2.2彎頭的撓度系數公式(B.1)～公式(B.5)中給出的計算確定彎頭的撓度系數(xp),首先根據構件本身確定，然后轉換為可用于管道分析計算機程序的全局撓度系數。通過局部撓度系數乘以(E。I)pi/(E。I)bend。受內壓影響，GRP彎頭的撓度系數(xp)基于管道系數(λp)和軸向壓力修正系數(δ。),λi由公式(B.1)給出：式中：th——彎頭參考層壓板的平均壁厚，單位為毫米(mm);D;——彎頭加強體的內徑，單位為毫米(mm);R,——平均管道彎曲半徑，單位為毫米(mm)。標引符號說明：tpe——管道壁厚，單位為毫米(mm)a——層合過渡斜坡段的角度；b——層合與彎頭重疊段的角度。標引符號說明：tbad——彎頭壁厚，單位為毫米(mm);tbl——承口端部厚度，單位為毫米(mm);a——彎頭壁厚段的角度；b——承口端部壁厚段的角度。GB/T29165.3—2023/ISO14692-3:2017參見圖B.1或圖B.2以及公式(B.2)確定彎頭的the:式中：P—-內壓，單位為兆帕(MPa);Eh.hnd——彎頭的環(huán)向模量，單位為兆帕(MPa)。平彎頭的撓度系數是λ的函數：…(B.3)對于手糊彎頭，系數0.7應替換為1.0。斜接彎頭的撓度系數是λ,的函數：……………(B.5)式中：Eaig——所附管道的軸向模量，單位為兆帕(MPa);Eahn——彎頭的軸向模量，單位為兆帕(MPa)。壁厚比被視為面積二階矩之比的近似值。如果彎頭的模量未知，可使用管道的軸向模量代替彎頭的軸向模量。根據經驗，在k,上設置了一個上限，對于平彎頭或斜接彎頭，該值應不大于3。B.2.3三通的撓度系數三通的撓度系數應為1.0。B.3應力強化系數應力強化系數(SIFs)描述了直管和彎頭/三通之間的失效應力關系。在基于梁的有限元分析中，撓度系數影響剛度矩陣，而應力強化系數通常用于修正組件的計算應力。對于金屬合金，應力強化系數是Markl通過在薄壁鋼管、彎頭和三通等管件上進行位移控制疲勞試驗得到的。由于GRP的疲勞行為可能與鋼有很大的不同，Mark1的應力強化系數在GRP的分析中幾乎沒有價值。此外，由于以下原因，GRP應力強化系數試驗數據的可用性會受到如下限制。a)彎頭/三通的制造方法在產品之間和制造商之間發(fā)生變化(例如螺旋/纖維纏繞與手工鋪設/層合)。b)接頭類型將隨著制造方法的不同而變化，從而導致接頭處的應力集中程度不同。c)彎頭/三通的材質特性與它們所附著的直管的材質特性不同。d)彎頭/三通的材質特性在管件中不一致。e)配件的壁厚因制造商和制造方法而異。此外，管件本身的壁厚也會有所不同(例如，彎頭內側的壁厚和外側不同)。BS7159中的SIFs基于Kitching和Bond的工作得到的。提供了彎頭、三通和異徑三通的面內和面外的SIFs,還提供了內壓修正系數。SIFs基于管道系數，該系數是彎頭/三通的幾何結構和尺寸的函數。在1989年出版了BS7159后，BS7159起草工作組以及Hose和Myler進行了補充完善(見參考文獻[12]～[15])?；谝韵略?，這些系數宜謹慎使用：a)研究成果表明(見參考文獻[11]),GRP彎頭的剛度可能會大于直管；b)自1989年以來，一些制造工藝發(fā)生了變化，導致直管的壁厚減小，但有時管件的厚度幾乎沒有變化；c)關于彎頭和三通管的應力強化系數的許多信息都與其等效直管的特性有關，而這些特性可能無法代表彎頭或三通的特性。一種行業(yè)慣例是對所有彎頭和三通使用2.2～2.5之間的軸向應力強化系數，即面內和面外的應力強化系數(見參考文獻[16])。然而，這種原理是基于管件壁厚與實際壁厚的建模，而非等效直管的壁厚。本文件中的原理是用其等效額定直管壁厚來模擬管件壁厚。因此，不能根據管件的實際壁厚，直接比較本文件中的默認應力強化系數和其他應力強化系數。管件的設計將主要基于管件比其所連接的直管強度更高(使用近似材料和近似壓力等級的管道)。的壓力等級會高于管件。接頭的有效失效和允許應力包絡將被證明在任何地方(即對于所有的R比)都等于或大于相關的直管是被期望出現的情況。其中“相關”是指對管件進行試驗的直管(類似壓力等級)(“參比”管)。因為管件已進行過強度高于直管的校核，且通常管件會使用到壓力等級更低的管道上，因此在強度設計中可以安全地忽略這些管件，就像可以忽略管體的接頭一樣。在特殊的安裝情況下，例如在船用儲罐底部的特殊裝置，可以利用額外的管壁厚度來增加自由跨距或提高對外部壓力的抵抗力，但不需要增加管件的壓力等級。此時，管件的強度可能不如其所附著的直管，因此在設計中不能忽略。宜根據直管的強度和性能對管件進行設計。管件將被建模為短梁構件，其內徑(ID)和外徑(OD)與參比直管相同(管件換算的直管強度可不高于連接的直管),彈性特性和材料強度也與參比直管相同。在管件末端節(jié)點處，應力分析模型將從實際相鄰的直管截面和特性過渡到參考管道尺寸和特性?？墒褂脜⒈戎惫艿腎D、OD和彈性特性以及管件的兩端尺寸對管件進行建模。提供將用于管件的參比直管的許用設計包線細節(jié)。制造商將這些庫文件提供給設計方使用是被期望出現的情況。將提供SIFs(數值待定),以考慮末端節(jié)點的應力。這些應力強化系數可能主要基于接頭類型，而不是接頭本身。注意，鑒于評定標準，接頭本身不應要求SIFs。應力分析軟件將計算交點和端點節(jié)點處的相關參比管道應力(而不是管件中的實際應力)。管件的符合性檢查將根據參比管道規(guī)范應力和參比管道容許應力包絡線進行。應力分析軟件將計算端點節(jié)點處相鄰管道的應力，并應用應力強化系數。管道的符合性檢查將根據相鄰管道規(guī)范應力和相鄰管道容許應力包絡線進行。這種設計方法將正確處理使用附加管壁厚度來增加自由跨距或提高抗外部壓力的情況。有關彎頭和三通管建模的建議方法，見圖B.3。GB/T29165.3—2023/ISO標引符號說明：1——直管；2——管件；圖B.3彎頭和三通的建議設計方法B.5可選組合載荷試驗制造商可選擇進行組合荷載試驗，而不是使用默認的SIFs值。試驗的目的是對直管和彎頭或三通進行1000h的面內彎曲存活試驗，使R在0.5～1.0之間。與GB/T29165.2—2022B.2.3中R存活試驗一樣，環(huán)向應力(σh.thr.Sts)和軸向應力(σa,thr.SItes)試驗，構件應分別符合公式(B.6)和公式(B.7)。這樣會得到不大于1.0的R比率。GRP管道在R條件下的等效1000h試驗壓力Pr10oo,sF,能取公式(B.8)和公式(B.9)的較高值：………………(B.8)…………(B.9)注：由于直管和管件(彎頭或三通)都要進行試驗，因此需要計算直管和管件的試驗壓力。通過使用這兩個值中的較高值，兩個組件的最小應力要求都可得到滿足。在公式(B.8)中，試樣的實際尺寸是必需的。對于玻璃纖維增強不飽和聚酯樹脂管(GRUP)和玻璃纖維增強乙烯基酯化樹脂管(GRVE),將rd?ooo.ss替換為rd?oo.21。本試驗的溫度應與GB/T29165.2—2022中B.2.2管道R存活試驗中的溫度相同。本試驗的面內彎矩M應滿足公式(B.7)和公式(B.10)的要求：29165.3—2023/ISO式中：rd?oo.65rd?oo.21Pr1ooo,stFM——65℃時1000h～20年的縮放比；——21℃時1000h～20年的縮放比；ts——1000h試驗期間施加的壓力，單位為兆帕(MPa);——管壁增強層最小壁厚(參考管基于管件MPR),單位為毫米(mm);——管體最小增強層的平均直徑(參考管基于管件MPR),單位為毫米(mm); 施加在試樣上的面內彎矩，單位為牛頓米(N·m);——管壁最小增強層的軸向截面模量，單位為四次方毫米(mm?)。對于玻璃纖維增強不飽和聚酯樹脂管(GRUP)和玻璃纖維增強乙烯基酯化樹脂管(GRVE),將如果直管、管件和接頭通過了這一組合載荷測試，SIFs為1.0。如果任一部件未能通過這一組合載荷測試，制造商可以在一個更低的彎矩下重復測試。如果直管、管件和接頭在更低的彎矩下通過測試，制造商