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Ø630mm PP风管吊架跨距放到6m,法兰节点集中荷载下挠度还是弯曲应力先顶格?
2018.11.05

Ø630mm PP风管吊架跨距放到6m,法兰节点集中荷载下挠度还是弯曲应力先顶格?

金浩丰车间最近在处理一批面向电镀废气治理项目的PP风管订单时,一并加工了一批Ø630mm规格的PP风管法兰盘,配合客户现场把酸雾洗涤塔后段的负压风管逐节对接起来。现场原本的支架排布是每3m一道,正好卡在每一节风管的法兰接口位置;安装队为了少打几个吊点,提出把支架间距放宽到6m,中间跳过一道法兰节点不设支撑。这个改法看着只是省了几副吊架,但对PP这种低模量材料做的风管来说,挠度和强度到底谁先顶格,值得先拿数字算一遍,不然管子吊装完再返工就麻烦了。

法兰盘和法兰节点的实际重量

这批法兰盘的规格是外径Ø740mm、内径贴合Ø630mm风管管口,金浩丰用15mm厚的PP-H板材开料,再车削到成品厚度12mm。按PP-H常见密度0.905g/cm³算,单片法兰盘净重约1.29kg;一道法兰节点两端各用一块,合计2块法兰盘,再配上16个M10螺栓和垫片,整套节点硬件重量大约3.4kg。这部分重量装到风管上之后是集中在节点位置的点荷载,不能像风管自重那样当均布荷载摊平了算,具体的规格和加工范围可以在PP风管法兰盘的产品页上查到。

风管自重加上积尘之后的分布荷载

风管本体是Ø630mm、壁厚6mm的PP-H卷焊管,换算下来每延米自重约10.6kg。这段风管走的是酸雾洗涤后的负压段,运行一段时间后管内壁会附着一些结晶物和细粉尘,现场按经验给这段风管另外加了每延米2kg的积尘荷载,两项相加,每延米合计约12.6kg的均布荷载。这个数再叠加前面说的节点集中荷载,才是真正要拿去校核挠度和强度的完整工况——只算风管自重会把跨距校核算得偏乐观。

6m跨距下,挠度到底算下来是多少

把跨距设定成6m、法兰节点放在跨中,按简支梁算最不利工况:均布荷载和节点集中力分别代入挠度公式,弯曲模量不能直接套材料手册里的短期值。PP材料在长期荷载下有明显蠕变,短期弯曲模量常见在1400MPa左右,但风管自重和积尘荷载是常年压在管壁上的持续荷载,应该用蠕变(长期)模量来算,这批风管按10年使用周期估算,长期模量取380MPa。代入380MPa算出来的跨中挠度是10.3mm;如果图省事直接拿1400MPa那个短期值去算,结果只有2.8mm,看着很安全,实际上是把长期蠕变的影响漏掉了,这也是不少现场校核容易踩的坑。

应力富余和挠度富余谁先顶格

再看强度这一侧:6m跨距下,均布荷载加节点集中力算出的最大弯矩约606N·m,对应管壁的弯曲应力只有0.33MPa,即使按比较保守的长期许用应力3MPa来比,应力也只用到了11%左右,富余相当大。反过来看挠度,常规做法是按跨度的1/200估算容许值,6m跨距对应的容许挠度大概是30mm,前面算出来的10.3mm占了34%左右。两边一比就看得出来,这批Ø630mm PP风管在6m跨距下虽然两项都没超,但挠度用掉的富余比例明显比应力高,真要再往上放大跨距,先顶格的一定是挠度而不是强度——这一点和不少人习惯的按钢制风管思路先查强度、后查挠度,正好是反过来的。

金浩丰能提供的部分和现场还要定的事

这类校核里,金浩丰在车间加工阶段能落实的,是把法兰盘、垫片和管节按图纸尺寸做准,保证Ø740mm的法兰盘和Ø630mm的风管管口对得上、螺栓孔位对得上;至于支架跨距到底定3m还是6m、蠕变模量按多少取、容许挠度按什么比例算,这些属于工艺设计和结构校核的范畴,还是要由现场的工艺工程师或设计单位按具体工况定,金浩丰不会替客户做这部分结构判断,也不建议安装队凭经验直接放大跨距。金浩丰目前有多条PP板材挤出线、风管生产线、注塑机和CNC加工设备,长期给化工防腐、电镀酸洗、废气处理这些行业的客户配套按图定制PP板材、管件、风管配件和塔内件,这批总共48个法兰盘的加工,也是车间常规质检环节里的普通一次,尺寸和厚度过卡尺复核之后才出库。

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