管道刚度问题

18596764675

查看了很多关于埋地管道方面的文献，发现一个关于管道刚度的问题，说法不一。说法一：随着管径的增加，管道水平位移和竖向位移逐渐减小，其原因是，随着管径的增大，管道的整体刚度变大，在相同载荷作用下，刚度变大，位移减小。
说法二：直径越大，径厚比越大，管道刚度小，等效应力增大。
所以，问题是，在其他条件不变的情况下，增大管道的直径，管道的刚度是怎么变化的？
望告知，十分感谢！

htbbzzg

  两种说法都有一定道理，但是是针对不同的情况。
  因为管道的刚度不仅与其直径有关，还和管道的壁厚有关。
  相同载荷，相同直径，壁厚越大，刚度也越大，变形和应力都会减小。

18596764675

htbbzzg 发表于 2019-1-7 08:57
两种说法都有一定道理，但是是针对不同的情况。
  因为管道的刚度不仅与其直径有关，还和管道的壁厚有关 ...

以上说法都是在研究管道直径对埋地管道应力的影响，采用控制变量法，仅改变直径大小这一个因素，壁厚不变，那管道的刚度应该不存在不同的说法吧，很疑惑

njweiwei2

18596764675 发表于 2019-1-7 09:42
以上说法都是在研究管道直径对埋地管道应力的影响，采用控制变量法，仅改变直径大小这一个因素，壁厚不变 ...

有两个问题需要注意：
1. 刚度其实是一个矢量。我们在说刚度的时候一定要带上方向。比如弯曲刚度和拉伸刚度，从变形公式上就能看出来是不同的

2. 即便是同一个方向的刚度，对于同一参数，在不同范围内的敏感度是不一样的。例如弯曲刚度，当直径小于一个数时，刚度对于厚度就很敏感；当直径大到一定程度，刚度对于厚度的敏感度就会减小，即厚度的变化已经不会引起刚度的大变化了

18596764675

njweiwei2 发表于 2019-1-7 09:51
有两个问题需要注意：
1. 刚度其实是一个矢量。我们在说刚度的时候一定要带上方向。比如弯曲刚度和拉伸刚 ...

谢谢您的回复！您的意思是说同一方向上的刚度，比如弯曲刚度，在壁厚等其他因素不变的情况下，直径的增大，该刚度有可能变大，也有可能变小么，根据不同的情况有所不同？

njweiwei2

18596764675 发表于 2019-1-7 10:02
谢谢您的回复！您的意思是说同一方向上的刚度，比如弯曲刚度，在壁厚等其他因素不变的情况下，直径的增大 ...

用一个悬臂梁作为例子：
其变形（挠度）w = Fx^3/6EI, 换成胡克定律形式 w*6EI/X^2 = M, 所以对于特定位置x，其弯曲刚度为 6EI/X^2，I = pi/64 *(D^4-d^4), 所以弯曲刚度和 D^4-(D-2t)^4成正比，所以其刚度随外径的变化曲线为：


可见，在不考虑自身重量、厚度不变（即内径会随着外径增大而增大）、梁为悬臂梁（即一端固定，一端自由）的情况下，弯曲刚度会随着外径增大而增大，但是增大的速度不一样；不存在一会儿大一会儿小的情况；

由以上例子也可见，一个管道的刚度不仅和外径有关系，也和边界条件等等有关系，在实际工程中需要根据具体情况来确定变化趋势，而不能一概而论

18596764675

njweiwei2 发表于 2019-1-7 10:46
用一个悬臂梁作为例子：
其变形（挠度）w = Fx^3/6EI, 换成胡克定律形式 w*6EI/X^2 = M, 所以对于特定位 ...

谢谢您的解答，很详细！