三通结构是集中供热管道系统的重要组成部分,运行期间通常会受到流体水压力、自重、外土荷载、温度等多个因素的影响,整体受力和变形复杂。同时,三通与管道中直管段相比,属于大开孔结构,属于几何结构不连续管件,在相贯线附近产生了很大的峰值应力。供热直埋管网工程中分支线无处不在,三通运用非常普遍,因而采取措施消减三通峰值应力,特别是大口径直埋供热管道三通的峰值应力,从而降低三通的一次应力、二次应力和峰值应力的当量应力,对于直埋供热管道三通的安全运行具有非常重要的意义。消减峰值应力最主要方法之一是对三通构件进行局部加强。然而现行CJJ/T81-2013《城镇供热直埋热水管道技术规程》缺乏任何三通加强方式,三通经验处理方法也只是针对小于或等于500mm的支管,三通规程中没有给出应力计算方法和失效判断条件,既缺乏理论支持也缺乏成熟的工程做法,给城市集中供热安全运行埋下了严重隐患,三通加强方式技术薄弱问题亟待解决。针对这一现状,本文采用ANSYS有限元分析软件,通过建立压制三通、披肩加强压制三通模型,模拟分析了大口径压制三通和披肩加强压制三通在内压荷载、温度荷载和位移荷载联合作用下,三通处于锚固段、过渡段,三通支线不同布置方式下,三通当量应力分布的影响规律,本文主要的研究内容和结果如下:(1)根据直埋供热管道三通中常见的载荷作用形式和特点,对管道应力及管网常见破坏形式进行分类,明确指出直埋供热管道三通的主要失效形式为塑性变形和低循环疲劳破坏。(2)介绍了现行《规程》中关于三通分支线布置要求,利用欧洲规程的帕尔姆格林—米纳公式以及S—N曲线,判断不同等级要求下的三通是否满足低循环疲劳破坏的安全性要求。并从工程角度给出了三通的加固方法和补强理论。(3)利用ANSYS有限元分析软件建立了异径挤压三通的无补强模型和披肩加强三通模型,对于三种支线布置方式,当处于锚固段时,异径挤压三通的最大当量应力位于三通的内壁腹部区域,采用披肩加强方式能够有效地降低大口径三通的应力水平。(4)当三通处于过渡段时,随着主管位移量的增加,垂直引分支和跨越引分支应力水平先缓慢然后快速增加的趋势;当主管位移量为正方向时,平行引分支三通应力随主管位移量近似成线性增加;当主管位移量为反方向时,平行引分支三通应力随主管位移量先缓慢降低然后再快速增加;“允许位移量”随着主管管径的增大而增大。当采取披肩加强方式后,随着主管位移量增加,三通的应力增加速率减缓,三通抵抗主管位移量能力增强,“允许位移量”有所增大。(5)针对等径挤压三通现场加强困难的问题,从工程角度出发,总结提出了三通可靠、安全的引分支方式和工程处理方法。(6)建立了部分异径挤压三通披肩加强尺寸数据库,为披肩加强方式在实际工程中运用提供了基础数据。