開管三通的常見結(jié)構(gòu)是橫管平行結(jié)構(gòu)，也常被稱為馬鞍三通。普通管口和三通結(jié)構(gòu)管徑和壁厚相同；有時(shí)，為了增強(qiáng)三通的強(qiáng)度，增加接頭的壁厚，以減少應(yīng)力集中，提高管道的強(qiáng)度。

    管道的開口和三通在內(nèi)壓作用下會(huì)引起局部應(yīng)力集中，一般在孔邊較高。目前各國的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中，都是在開口邊緣對(duì)管壁進(jìn)行加固或局部加厚，以降低應(yīng)力集中系數(shù)。在管口和三通的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析中，沒有單獨(dú)驗(yàn)算，只有經(jīng)驗(yàn)。

    目前管道開口的三通設(shè)計(jì)有很多原則，比如等面積補(bǔ)強(qiáng)；極限分析加固法；穩(wěn)定性分析和加固；壓力面積法。這些分析方法是基于經(jīng)驗(yàn)的近似分析和評(píng)估，有一定的局限性。

    管口和三通結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析的邊界條件，一是在三通端部施加固定約束，限制彎頭的剛體位移；對(duì)稱約束施加在管道的對(duì)稱邊界上。三通的載荷包括三通內(nèi)壁壓力端的附加彎矩。

    管件材質(zhì)為12CrMoV，是火力發(fā)電廠、核電廠常用的熱力管道材料。其力學(xué)性能為：強(qiáng)度模量：e=2.12x105mpa，泊松比：v=0.3。管道和連接管直徑取176mm，壁厚8mm，各處一致。從應(yīng)力分布圖中可以看出，管道開口和三通的應(yīng)力分布不均勻，接頭內(nèi)部有較大的應(yīng)力集中，這是一個(gè)極易損壞的區(qū)域。經(jīng)對(duì)比分析，其值比無開口直管提高30%左右。

    本文討論了結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)對(duì)管口和三通應(yīng)力的影響。

    在其他條件不變的情況下，改變開孔直徑后，應(yīng)力會(huì)發(fā)生變化。管徑增大后，應(yīng)力分布基本不變，但接頭處應(yīng)力集中增大。因此，對(duì)于孔徑較大的管道，在開孔和連接三通時(shí)，應(yīng)特別注意應(yīng)力集中的影響，以提高管道的使用壽命。

    增加開口處和管口與三通連接處的壁厚后，應(yīng)力分布變化不大，但應(yīng)力集中值降低很多。因此，進(jìn)一步分析證明，通過增加管口與三通連接處的壁厚來降低應(yīng)力集中是正確的。

    隨著壁厚的增加，應(yīng)力集中不斷減小，但也增加了管道的重量。

    因此，在管道開孔和三通的設(shè)計(jì)中規(guī)定，壁厚的增加一般與開孔去除的材料一致，以保證管道的重量基本不變。

    壓力孔與三通的連接處由轉(zhuǎn)角變?yōu)閳A后，應(yīng)力集中減小。因此，管孔和三通可以通過改變接頭的結(jié)構(gòu)形式來降低應(yīng)力集中，但也給加工帶來了一定的困難。

    當(dāng)管道上的開孔和三通的直徑小于直管的直徑時(shí)，與相同直徑的開孔和三通相比，應(yīng)力集中會(huì)相應(yīng)減小。

    1.管口和三通使管道產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中，應(yīng)力集中主要發(fā)生在接頭處。隨著管徑的增大，應(yīng)力集中增大值增大。

    2.可以通過增加壁厚或改變接頭的結(jié)構(gòu)形狀來降低應(yīng)力集中。隨著壁厚和連接圓半徑的增加，應(yīng)力集中變小。因此，通過增加接頭的壁厚或連接過渡圓弧方法的半徑，可以降低管口和三通的應(yīng)力集中系數(shù)，以增強(qiáng)強(qiáng)度，延長管道的使用壽命。