一根12m長(zhǎng)的管道，兩端固定，管內(nèi)充滿水。在重力作用下，兩端的固定點(diǎn)是否會(huì)受到軸向力的作用？您的回答一定是肯定的。但我建議您用常用的管道應(yīng)力分析軟件算一下看看軟件計(jì)算結(jié)果和您想的是否一樣。

您計(jì)算完可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，上述情況兩端固定點(diǎn)所受軸向力軟件計(jì)算結(jié)果竟然為0。這是為什么呢？因?yàn)槟褂玫能浖痪邆銹-Delta分析功能，無法考慮管道的真實(shí)受力情況。

什么是P-Delta效應(yīng)？

P-Delta是一種幾何非線性效應(yīng)，在建筑結(jié)構(gòu)上通常稱為重力二階效應(yīng)，即：建筑結(jié)構(gòu)在水平風(fēng)荷載或水平地震作用下產(chǎn)生側(cè)移，重力荷載由于該側(cè)移而引起附加效應(yīng)。P-Delta效應(yīng)可使結(jié)構(gòu)的位移和內(nèi)力增加，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

對(duì)于管道系統(tǒng)，同樣存在二階效應(yīng)。對(duì)于豎直管道，其情況與建筑結(jié)構(gòu)類似。對(duì)于水平管道，靠近彎頭的管道存在橫向位移，管道溫度、壓力、摩擦等荷載產(chǎn)生的軸向荷載由于該位移也會(huì)引起附加效應(yīng)。

影響管道二階效應(yīng)的主要因素是管道的橫向剛度和軸向荷載。如果不考慮P-Delta效應(yīng)，計(jì)算模型中的平衡方程針對(duì)管道未變形的形狀考慮。此時(shí)，管道的荷載—變形關(guān)系是線性的，程序使用未變形的幾何形狀形成平衡方程。如果考慮P-Delta效應(yīng)，計(jì)算模型中的平衡方程將考慮管道的變形形狀。此時(shí)，管道中存在較大應(yīng)力，以初始形狀和較小變形后的幾何形狀來形成的平衡方程都會(huì)存在很大差異。其中，拉力趨向于抵抗單元的轉(zhuǎn)動(dòng)和使結(jié)構(gòu)剛化，壓力趨向于增加單元的轉(zhuǎn)動(dòng)和使結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在十幾年前即考慮P-Delta效應(yīng)，而管道行業(yè)至今還沒有重視。比如，當(dāng)問到你知道PΔ效應(yīng)嗎？有的工程師會(huì)回答，你是說ΔP（壓降）嗎？我認(rèn)為這主要是由于我們常用的管道應(yīng)力分析軟件不具備該功能，且沒有明確提醒該效應(yīng)的影響，導(dǎo)致管道應(yīng)力工程師在最初就不知道軟件的算法并沒有考慮PΔ效應(yīng)。這在一些情況下將產(chǎn)生較大差異的應(yīng)力、位移和受力結(jié)果，讓管道結(jié)構(gòu)存在隱患。

對(duì)于本文提到的算例，如果考慮PΔ效應(yīng)，我們看到固定點(diǎn)將受到1268N的軸向力。

CSiPlant管道應(yīng)力分析軟件由于其采用SAP2000同樣的求解器，其幾何非線性分析不僅能考慮PΔ效應(yīng)，也能考慮大位移效應(yīng)，能夠更真實(shí)地計(jì)算管道的實(shí)際狀態(tài)。

CSiPlant具有通用有限元軟件的屈曲分析功能和基于規(guī)范的局部屈曲校核，能夠?qū)β竦毓艿肋M(jìn)行整體應(yīng)力校核、整體屈曲校核和局部屈曲校核。一次計(jì)算即可完成上述全部校核。

CSiPlant可以進(jìn)行多方案比選和參數(shù)敏感性分析。

CSiPlant可以建立公司級(jí)或項(xiàng)目級(jí)應(yīng)力分析模板，更進(jìn)一步確保分析效率和分析質(zhì)量。

我們相信，隨著對(duì)精細(xì)化設(shè)計(jì)和計(jì)算效率的要求越來越高，CSiPlant的優(yōu)勢(shì)會(huì)越來越明顯。歡迎咨詢下載試用。

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