B31.1 2020年版およびそれ以降では、Appendix D は置き換えられ、直接 B31J が要求されています。B31Jでは、ティー部やブランチ接続の応力集中係数 (SIF) に加えて、たわみ係数も与えられています。Appendix D では、ティー部のたわみ係数は 1.0 で、配管のたわみ係数と同じです。B31J のティー部のたわみ係数は配管系全体のたわみ係数に大きな影響を与え、変形量や支持反力を含んで、より実際的な結果になります。
圧力による剛性の硬化 (Pressure Stiffening)
デフォルトで、圧力による剛性の硬化の影響を考慮します。ユーザーは、環境設定ファイルの編集 (Configuration Editor) の Use Pressure Stiffening on Bends (ベンドでの圧力による剛性補正) を No に設定することで、ベンドの圧力による剛性の硬化の影響を無効にできます。
フランジ継手の修正 (Flanged End Modifications)
ベンドが幅の広いマイターでなければ、フランジ継手による端部の影響による修正を行うことができます。CAESAR II は B31.1 の幅の狭いマイターの 「B」 長さの制限をチェックしていません。
2020年版では、B31J に準拠して、ブランチ接続もフランジにより剛になります。
F/A 軸応力 (F/A Axial Stresses)
B31.1-2018
B31.1 では、応力計算で軸応力 F/A をデフォルトで考慮しません。F/A と内圧による応力は、曲げ応力が引っ張り側、あるいは圧縮側のいずれにあっても曲げ応力に加算され、もっとも大きな長手方向応力となるように計算されます。環境設定ファイルの編集 (Configuration Editor) の Add F/A in Stresses (応力項に軸応力を追加) を Yes に設定することにより、軸荷重を規格応力に含めることができます。
軸応力 F/A での荷重は、配管に作用する圧力 PD/4t に相当する断面力とは異なり、配管における構造上の軸荷重です。
B31.1-2020
B31J に加えて、2020年版では、モーメントの合成方法に代わって曲げモーメントと方向性を持つ SIF を用いた応力式も変更されています。また、配管規格は応力集中を考慮した軸方向とねじり応力をすべての応力計算式に加算しています。圧力による長手方向応力に、応力集中はありません。B31.3 と異なる点は、長手方向の圧力による応力と軸方向応力です。
B31.1 では、応力計算で軸応力 F/A をデフォルトで考慮します。F/A と内圧による応力は、曲げ応力が引っ張り側、あるいは圧縮側のいずれにあっても曲げ応力に加算され、もっとも大きな長手方向応力となるように計算されます。
B31.1 では、常に F/A を規格応力に考慮します。ソフトウェアは 環境設定ファイルの編集 (Configuration Editor) での Add F/A in Stresses (応力項に軸応力を追加) 設定を無視します。
短期荷重応力 (Occasional Load Stress)
B31.1-2018
配管規格は持続荷重 (SUS) と短期荷重 (OCC) から組み合わせて応力を算出します。
SUS荷重は、自重や圧力、冷間時の据付ハンガー荷重と圧力によって生じる断面力を含む配管に作用する一次荷重に起因する荷重です。OCC荷重は、風荷重や地震荷重です。
B31.1-2020
応力の組み合わせに関する従来の手法に代わって、配管規格は SUS と OCC の荷重とモーメントを合成する OCC 応力式を規定しています。
異径分岐管の応力集中係数 (Reduced Branch Stress Intensification Factors) (SIF)
B31.1-2018
B31.1 の 1980年版では、異径分岐管の応力集中係数の式が Appendix D に追加されました。この式は、ASME Section III から引用されたものです。しかしながら、B31.1 では、分岐に対して有効断面係数を使うことを指定しています。ASME Section III の規則は、分岐の断面係数が新しい SIF と共に使用されるべきと明記されています。B31.1 の有効断面係数を用いると、不必要に高い応力が計算されます。この誤りは、B31.1 1989年版で修正されました。CAESAR II Version 3.0 以前には 2つのオプションがありました:
-
1980年版以前の B31.1 SIF 規定を用いる
-
1980年版以降の非常に安全側の B31.1 SIF を用いる
これらのオプションは現在あり、断面係数の問題が修正されています。断面係数の修正を適用せずにソフトウェアを実行する必要がある場合は、環境設定ファイルの編集 (Configuration Editor) の B31.1 Reduced Z Fix (B31.1 異径 Z 修正) を False に設定します。
B31.1-2020
B31.1 では、B31J を直接使用するよう要求されています。有効断面係数ではなく、分岐断面係数を使用してください。
異径分岐継手 (Reduced Intersection Branch)
B31.1-2018
異径分岐継手の SIF は安全側の結果となり、補強分岐、あるいは溶接分岐に対してのものではありません。補強分岐、あるいは溶接継手に対して異径分岐継手の計算を無効にするには、環境設定ファイルの編集 (Configuration Editor) の No RFT/WLT in Reduced Fitting SIFs (異径継手の SIF と RFT/WLT の判別) を True に設定します。この結果はやや安全側ではなくなりますが、ケースによっては正当化される結果になります。
B31.1-2020
異径分岐継手の設定は適用されません。ソフトウェアは 環境設定ファイルの編集 (Configuration Editor) の No RFT/WLT in Reduced Fitting SIFs (異径継手の SIF と RFT/WLT の判別) 設定を無視します。異径継手、同径継手の両方に対して、実際の分岐断面係数を使用して分岐部での曲げ応力を計算します。
許容応力 (Stress Allowables)
Paragraph 102.4.3 で、遵守すべき Appendix A の許容応力には溶接品質係数がすでに含まれていることが記述されています。Appendix A の許容応力を溶接品質係数で割って材料の基本許容応力を得ることができます。
許容応力は次の式を用いて計算されます。
熱膨張応力に対する許容応力 = f [ (1.25/Eff)(Sc+Sh) - SL ]
繰り返しのない変形制御の許容応力範囲 = 3Sc (荷重サイクル数 (Load Cycles) を 1.0 と設定した場合)
持続応力に対する許容応力 = Wc(Sh/Eff)
短期荷重応力に対する許容応力 = Sh/Eff * (Occ)
ここで:
f = 繰り返し数に対する応力範囲低減係数
Eff = 長手方向の溶接効率.
Sc = 冷間時許容応力.
Sh = 熱間時許容応力.
EXP の許容応力範囲を計算する場合、配管規格では Sc と Sh は 20 ksi までとしています。
SL = 持続応力
Occ = 短期荷重割増係数。デフォルトは 1.15 です。
配管規格では、OCC の割増しを短期荷重の作用する時間に応じて、1.2倍あるいは 1.15倍としています。静的解析 - 荷重ケース編集 (Static Analysis - Load Case Editor) ダイアログ で各荷重ケースの値を設定できます。
Wc = 溶接強度低減係数.
腐れ代を考慮しない応力 (Non-corroded Stress)
デフォルトでは、配管規格は腐れ代を考慮しない公称断面を用いて応力計算を行います。
環境設定ファイルの編集 (Configuration Editor) の All Cases Corroded (腐れ代の考慮) を True に設定することで、腐れ代を考慮した管厚さを使用して応力計算を行います。
交接する継手の応力集中係数 (Stress Intensification Factors (SIFs) For Intersections)
B31.1-2018
配管規格は面内と面外の SIF に違いがなく、1つの値を用います。
B31.1-2020
配管規格は交接する継手に B31J の SIF とたわみ係数を適用します。面内、面外、ねじり SIF およびたわみ性は、別々に計算され異なる値になります。異径分岐交接継手では、異径であろうと同径であろうと接続する配管の断面がブランチの曲げ応力計算に使われます。
マニュアルで SIF を設定 しない場合には、ベンドの軸方向の SIF は 1.0 であり、EXPのような二次荷重による他の配管部品での計算される面外 SIF と同じです。SUS と OCC のような一次荷重によるすべての配管部品に対して、軸方向の SIF は 1.0 です。
レジューサ デフォルト値 (Reducer Default Values)
B31.1-2018
たわみ係数のデフォルト値は 1.0 です。SIF 値は 2.0 または次の計算値の最大値です:
0.5 + 0.01a(D2/t2)1/2
ここで:
a = レジューサ円錐部の角度 (度) = arctan[ (D1-D2) / (2*レジューサの勾配部の長さ*0.6) ]
D1 = 大径側の直径
t1 = 大径側の厚さ
D2 = 小径側の直径
t2 = 小径側の厚さ
-
a は同心レジューサの勾配 (度) です。指定がない場合、CAESAR II はレジューサ長さの60％を用いて a を計算します。
-
a は 60° を超えることはできません。また、D1/t1 と D2/t2 は 100 を超えることができません。適用範囲外の場合、ソフトウェアは警告を表示してから解析を行います。
B31.1-2020
B31J のデフォルトの SIF 値は計算された異なる値です。たわみ係数のデフォルト値は 1.0 です。
配管規格は、最大 SIF は 2.0 より大きくはならないとしていますが、ユーザーが設定した SIF は、応力計算でより大きな値を使うことができます。