不銹鋼管道元件變形的基本形式有拉伸(壓縮)、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲共四種,受多種荷載作用的不銹鋼管子變形都可視為這四種基本變形的組合。
1. 拉伸(壓縮)
不銹鋼管道的軸向拉伸和壓縮表現(xiàn)為管道沿軸線方向發(fā)生伸長(zhǎng)或縮短,是由大小相等、方向相反、作用線與管道中心軸線重合的一對(duì)外力引起的管子變形形式。圖9-1所示為管道軸向拉伸和壓縮時(shí)的受力簡(jiǎn)圖。
根據(jù)圣維南原理可知,管子的兩端部沿截面上的力不一定均勻分布,但遠(yuǎn)離端部的任一橫截面上的內(nèi)力是均勻分布的。
2. 剪切
不銹鋼管子的剪切變形是由大小相等、方向相反、作用線垂直于管軸且距離很近的一對(duì)力引起的管子變形形式。其變形特點(diǎn)表現(xiàn)為受剪管子的兩部分沿力的作用方向發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng),如圖9-2所示。
與不銹鋼管道的拉伸和壓縮相似,可以近似地認(rèn)為在管子遠(yuǎn)離端部的任一截面上的剪力(內(nèi)力)是沿截面均勻分布的,且其內(nèi)(剪)力與外力大小相等、方向相反,可認(rèn)為其切應(yīng)力沿截面也均勻分布。
3. 扭轉(zhuǎn)
不銹鋼管子的扭轉(zhuǎn)變形是由大小相等、方面相反、作用面垂直于管軸的兩個(gè)力矩引起的管子變形形式。其變形特點(diǎn)表現(xiàn)為管道元件的任意兩個(gè)橫截面繞管子的中心軸線發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),如圖9-3所示。
根據(jù)圣維南原理可知,在管子的任一截面上的內(nèi)力(矩)n是均勻分布的,且根據(jù)力的平衡法則可知,
Mn也是一個(gè)矢量,且規(guī)定:按右手螺旋法則,當(dāng)矢量方向與截面的外法線方向一致時(shí),Mn為正,反之為負(fù)。對(duì)于管子的扭轉(zhuǎn)變形,其應(yīng)力在管子各橫截面上的分布已不再是均勻的。
4. 彎曲
這里僅研究純彎曲的情況,即不銹鋼管子各橫截面上只有正應(yīng)力而無(wú)切應(yīng)力,管道元件中心軸線變形后為一平面曲線。此時(shí)管子的彎曲變形是由大小相等、方向相反、作用面為沿管子中心軸線的縱向平面并包含軸線在內(nèi)的兩個(gè)力矩引起的管子變形形式。其變形特點(diǎn)表現(xiàn)為管子的中心軸線由直線變?yōu)槠矫媲€,如圖9-4所示。
應(yīng)滿足工程上規(guī)定的剛度條件,即為工程上規(guī)定的許用撓度值)。