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關(guān)于ASME Ⅷ-1分篇偏置接管等面積補(bǔ)強(qiáng)法開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)校核計(jì)算

在壓力容器設(shè)計(jì)過(guò)程中，無(wú)論是國(guó)標(biāo)還是ASME或者其他國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)是經(jīng)常遇到的強(qiáng)度校核計(jì)算，而采用最多的補(bǔ)強(qiáng)方法是等面積補(bǔ)強(qiáng)法。在ASME標(biāo)準(zhǔn)中，常用的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)方法有等面積補(bǔ)強(qiáng)法、壓力面積法和大開(kāi)孔（附錄1-7）補(bǔ)強(qiáng)法，其中最常用的也是等面積補(bǔ)強(qiáng)法。

  與其他方法相比，等面積補(bǔ)強(qiáng)法的優(yōu)勢(shì)在于它不受開(kāi)孔位置、開(kāi)孔方向和方位以及外壓的限制，比如在封頭、筒體、錐段的任何位置，任何角度都可以用這個(gè)方法，但是受到開(kāi)孔直徑的限制。而壓力面積法則只能在內(nèi)壓作用下，筒體和錐段上開(kāi)孔，但可以是大開(kāi)孔。而對(duì)于設(shè)計(jì)過(guò)程中，大開(kāi)孔的情況很少，而且也是我們盡量避免出現(xiàn)的，因此等面積補(bǔ)強(qiáng)法應(yīng)用非常廣泛。

  在ASME標(biāo)準(zhǔn)中用等面積補(bǔ)強(qiáng)法計(jì)算時(shí)，對(duì)于這種非常典型的徑向開(kāi)孔，計(jì)算是很方便的，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是在補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)，用筒體、接管、補(bǔ)強(qiáng)板、焊腳提供的面積補(bǔ)回被挖掉的面積就可以了，如下圖：

  因此，校核條件也就是A1+A2+A3+A4+A5≥A

  那么在ASME標(biāo)準(zhǔn)中的UG-37章節(jié)中給出了各個(gè)元件提供的有效補(bǔ)強(qiáng)面積和被挖掉的面積A的計(jì)算公式，見(jiàn)下圖：

  這里可以看到，被挖去的面積A=dt_rF+2t_nt_rF(1-f_r1)，這里面F的取值其實(shí)對(duì)開(kāi)孔的補(bǔ)強(qiáng)面積起到了很大影響，在規(guī)范UG-37中F定義中說(shuō)到，如果是在圓筒和錐段上的開(kāi)孔采用的是整體補(bǔ)強(qiáng)的形式，那么可以用圖UG-37查F值，對(duì)于其他形式（也就是補(bǔ)強(qiáng)元件形式）F都取1。

那么我們來(lái)看一下圖UG-37：

從圖中可以看出F是一個(gè)在0到1之間的數(shù)值，那么它決定了補(bǔ)強(qiáng)面積的大小，F越大，需要的面積就越大，反之越小。但是F的取值從上圖中看的話肯能不太好理解，而且用文字解釋的話也比較不方便，那么就用偏置接管的校核方法來(lái)解釋這個(gè)F的取值。

偏置接管的校核方法：

對(duì)于偏置的接管，在ASME標(biāo)準(zhǔn)中其實(shí)是需要校核兩次的，這兩次采用的公式完全相同，但是公式中的數(shù)值卻有很大的出入。首先先校核下圖中的情況：

  此時(shí)認(rèn)為開(kāi)孔直徑為d，那么有效補(bǔ)強(qiáng)范圍也需要用d計(jì)算，注意這時(shí)F值取0.5，即認(rèn)為開(kāi)孔直徑截面的投影面積與設(shè)備軸向中心線垂直。然后用UG-37中的公式計(jì)算A和A1到A5的面積進(jìn)行校核，看結(jié)果是否滿足要求。

  第二次校核就是用接管的內(nèi)徑dn作為開(kāi)孔直徑并且用dn計(jì)算有效補(bǔ)強(qiáng)范圍，注意這時(shí)F取值為1.0，即認(rèn)為開(kāi)孔直徑截面的投影面積與設(shè)備中心線平行。然后用UG-37中的公式計(jì)算A和A1到A5的面積進(jìn)行校核，看是否滿足要求。

  在這種偏置接管的校核中，必須兩次校核同時(shí)滿足要求才認(rèn)為接管是安全的，只要其中一種情況出現(xiàn)校核失敗，就要按照該情況進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

  總之，ASME標(biāo)準(zhǔn)中的偏置接管校核需要校核兩次不同直徑和不同F值情況下的補(bǔ)強(qiáng)情況，F的取值是開(kāi)孔截面的投影面積與設(shè)備中心線所成角度決定的。

參考：ASME Ⅷ-1 2013

ASME PTB-4-2013

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