B31.1 2020 版(及更高版本)替换了附录 D,要求直接使用 B31J,除了应力增大系数(SIF)外,B31J 还提供了三通和支管连接的柔性系数。由于附录 D 要求三通的柔性系数为 1.0,与管道的柔性系数相似,B31J 的三通柔性系数对整个系统的柔性有很大影响,并产生更真实的结果,包括位移和约束荷载的结果。
压力增强
规范默认定义了压力增强。通过在配置编辑器中将在弯头上使用压力增强选择为 No,可以在分析中排除弯头上的压力增强。
法兰端部的修正
当弯头不是宽间距斜接弯头时,规范允许通过带法兰的端部来进行修正结果。CAESAR II 未验证 B31.1 规定的窄间斜接弯头的长度“B”。
在 2020 版中,也可以根据 B31J 使用法兰加强分支连接。
F/A 轴向应力
B31.1-2018
B31.1 默认不在应力计算中加入 F/A。在拉伸或压缩弯曲应力中加上 F/A 和压力应力,以产生最大的纵向应力分量。通过在配置编辑器中将在应力中添加 F/A选择为 Yes,可以将轴力项包含在规范应力中。
F/A 力是管道产生的结构力,与压力 PD/4t 无关。
B31.1-2020
除了使用 B31J 外,2020 版还更改了应力方程,使用了各向应力增大系数和弯矩法,替换了之前组合/合成力矩法。该规范还将增强的轴向和扭转应力添加到所有应力计算中。压力引起的纵向应力没有增强。这与 B31.3 不同,B31.3 增强了纵向压力应力和轴向应力。
B31.1 默认在应力计算中包括 F/A。在拉伸或压缩弯曲应力中加上 F/A 和压力应力,以产生最大的纵向应力分量。
B31.1 始终将 F/A 纳入规范应力中。软件忽略在配置编辑器中为在应力中添加 F/A 选择的值。
偶然荷载应力
B31.1-2018
该规范组合了持续(SUS)荷载和偶然(OCC)荷载产生的应力。
SUS 荷载是指作用在管道上的受力驱动的一次荷载,包括重量和压力、安装时的冷态弹簧荷载以及由压力引起的力。OCC 荷载是风荷载和地震荷载等荷载。
B31.1-2020
该规范要求在 OCC 应力方程中使用 SUS 和 OCC 的合力和合力矩,而不是传统的组合应力方法。
异径三通应力增大系数(SIF)
B31.1-2018
1980 年,B31.1 在附件 D 中增加了异径支管应力增大系数公式。该公式源自 ASME 第 III 卷。但 B31.1 继续使用异径支管的有效截面模量计算。ASME 第 III 卷明确规定,分支截面模量应与新的 SIF 一起使用。B31.1 继续使用有效截面模量,会产生不必要的高计算应力。1989 年版 B31.1 纠正了该错误。在 CAESAR II 3.0 版之前,您有两个选项:
-
采用 1980 年以前版本的 B31.1 应力增大系数规则
-
采用非常保守的 1980 年后版本的 B31.1 应力增大系数规则
这些选项目前仍然存在,并对截面模量问题进行了修正。如果需要在不进行截面模量校正的情况下运行软件,则在配置编辑器中为 B31.1 折减 Z 修正(B31.1 Reduced Z Fix)选择 False。
B31.1-2020
B31.1 要求直接使用 B31J。应使用分支截面模量,而不是有效截面模量。
异径分支支管
B31.1-2018
异径分支的支管应力增大系数产生保守的结果,不能用于补强三通或焊接三通。要禁用补强或焊接三通的异径支管管件计算,请在配置编辑器中为异径管件 SIF 中无 RFT/WLT(No RFT/WLT in Reduced Fitting SIFs)选择 True。这会产生在某些情况下适用的不太保守的结果。
B31.1-2020
异径分支支管设置不相关。软件忽略配置编辑器中的异径管件 SIF 中无 RFT/WLT(No RFT/WLT in Reduced Fitting SIFs)。实际支管截面模量用于计算异径和非异径分支支管处的弯曲应力。
许用应力
第 102.4.3 段指出,焊接接头效能系数已包含在强制性附录 A 中给出的许用应力值中。附录 A 中的许用值可除以接头效能系数,以确定基础材料的许用值。
用下面的公式计算应力许用值。
膨胀许用应力 = f [ (1.25/Eff)(Sc+Sh) - SL ]
允许的非循环位移应力范围 = 3Sc (当定义荷载循环次数为 1.0 时)
持续许用应力 = Wc(Sh/Eff)
偶然许用应力 = Sh/Eff * (Occ)
式中:
f = 循环折减系数。
Eff = 纵向焊缝效能。
Sc = 冷态许用应力。
Sh = 热态许用应力。
在计算 EXP 许用值时,规范将 Sc 和 Sh 限制为 20 ksi。
SL = 持续应力。
Occ = 偶然荷载因子。默认值为 1.15。
根据偶然荷载的持续时间,规范允许 Occ 的值为 1.2 或 1.15。可以在静态分析 - 荷载工况编辑器对话框中控制每个荷载工况的值。
Wc = 焊接强度降低系数。
未腐蚀应力
默认情况下,规范将标称(未腐蚀)截面模量特性应用于应力计算。
在配置编辑器中将所有工况计及腐蚀设置为 True,以便在所有应力计算中使用腐蚀后的管道壁厚。
分支应力增大系数(SIF)
B31.1-2018
该规范不区分平面内和平面外 SIF,仅使用一个应力增大系数。
B31.1-2020
该规范使用 B31J 中定义的 SIF 和柔性值。平面内、平面外和扭转应力增大系数和柔性是独立且唯一的。对于异径分支点,接管的截面模量用于计算异径和非异径分支处的弯曲应力。
如果未手动定义 SIF,则弯头的轴向 SIF 为 1.0,等于在二次荷载工况(如 EXP)下其他部件计算的平面外 SIF。在一次荷载工况下(如 SUS 和 OCC),所有部件的轴向 SIF 为 1.0。
异径管默认值
B31.1-2018
默认的柔性系数值为 1.0。SIF 值最大为 2.0 或:
0.5 + 0.01a(D2/t2)1/2
式中:
a = 异径管锥角(度) = arctan[ (D1-D2) / (2*异径管倾斜部分的长度*0.6) ]
D1 = 大端直径
t1 = 大端壁厚
D2 = 小端直径
t2 = 小端壁厚
-
a 是同心异径管过渡段的坡度(度)。如果未指定,CAESAR II 使用输入的异径管长度的 60% 计算 a。
-
a 不能超过 60°,D1/t1 和 D2/t2 中的较大值不能超过 100。如果值超过这些限制,软件将显示警告,然后执行计算。
B31.1-2020
B31J 默认 SIF 值是计算出来的,并且是唯一的。默认柔性系数是 1.0。
规范规定最大 SIF 不能大于 2.0,但在计算应力时用户定义的 SIF 可以使用更大的值。