【补强计算】压力面积法KO等面积法？

应道宴，全国锅炉压力容器标准化技术委员会压力管道分技术委员会副秘书长，主编参与的标准和书籍有：
HG/T 20592～20635-2009 《钢制管法兰、垫片、紧固件》GB/T 20801-2020《工业管道》TSG D0001-2009 《压力管道安全技术监察规程—工业管道》《化工设备设计全书 》、《工业阀门选用指南》。

众所周知“等面积法”是压力容器在开孔补强这一结构上的经典计算方法，其江湖地位几十年来无人撼动，几乎无人敢冒天下之大不韪去挑战它的科学性与合理性。


GB/T 150.1~150.4-2024中开孔补强的计算方法有两种：等面积法和分析法。分析法适用于内压作用下径向接管开孔。

对于承受外压的壳体开孔、封头上的开孔以及非径向接管并不使用。HG/T 20583-2024中引入了了压力面积法，SW6软件开孔补强计算也引入了压力面积法，但GB/T 150问题解答算例里面并没有认可该计算方法。那我们该怎么办呢？不能大开孔动不动就去做有限元应力分析。





至于近来GB/T 150中出现了一些中国化的新“发明”，我虽未及深入的学习，但是国人沽名钓誉，故弄玄虚又搞一些“创新“之举罢了。

上列意见匆匆罗列，供各位有志之士参考而已。

等面积法”VS“压力面积法”，两者的基本理念都是开孔所削弱的壳体必须在其设定的补强范围内、由其它多余面积来补偿，但两者设定的补强范围是不同的：等面积法设定补强区宽为开孔直径的一半，而接管高度的补强高度较短；而压力面积法规定的补强区有效宽度和有效高度分别为（D×T）的平方根与（d×t）的平方根。

于是就出现了我在2006版实旋指南中出现的结论：

在薄壁管的大开孔处，等面积法的补强区大大大于压力面积法的补强区，因而不够安全，故被禁用；而在其另一对立面—厚壁管的小开孔处，其补强能力大大超出压力面积法，而这常被忽视（宁左勿右思想）。

这就是开孔补强两种方法的基本逻辑，国人长期受ASME的熏陶，故视等面积法为经典，而对压力面积法却嗤之以鼻，认为学术异端，这就大错特错了，明眼人或稍有力学基础的人一下子就可认为压力面积法相对更合理些。其实ASME BPVC规范也在作稍稍的改动。

GB/T 20801-2020继续维持等面积法的“至高无上的地位”。我在GB/T 20801-2006的实施指南一书中曾用笨办法验证了两种方式的对立，并提出两种方法应合为一家、取长补短的做法，可惜没有受到同行们的认同，但实质上这就是开孔补强的底层逻辑。

君不见，在ASME B31.3的挤压接管的开孔补强高度（L5）计算中已悄悄地对其进行了改良，向(d×t)的平方根靠拢，在ASME BPVC VIII-1和VIII-2中也已悄悄地用压力面积法取代等面积法。至于等面积法为什么还没而彻底退出ASME的 舞台，想来其有一定的历史渊源、而且采用补强板这一最简便的补强的形式最易为广大压力容器设计者理解，长期推崇至今，如此理解也就不足为奇了。美国ASME BPVC VIII-1为等面积法；而BS/PD5500、EN 13480、EN 13445、西德AD2000的B9章虽然形式不一样（图表），表述不一但异曲同工，都属压力面积法。




ASME VIII-1 2025开孔补强有两种计算方法：UG-37 等面积补强和强制性附录1-7圆筒形和锥形壳体上的大开孔等面积补强法。ASME VIII-1 2007引入了附录1-10的方法，即圆筒和锥壳上大开孔的压力面积法，但不知道出于什么原因后来又删掉了该方法。这里多说一句，真理却往往掌握在少数人手里，不以权势服人，而要以理服人，少数派的压力面积法相对而言是更靠谱一点的，值得一些设计审批人员的“考官们”深思熟虑的。

大开孔补强分析法和压力面积法适用范围

来源丨爱上压力容器

压力面积法KO等面积法