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第一章 圆柱壳设计理论 1

第一节 材料力学基础知识 1

一、变形的基本形式 1

二、应力状态 6

第二节 轴对称薄壳的无力矩理论 7

一、无力矩理论基本方程 7

二、无力矩理论应用实例 12

三、无力矩回转薄壳的变形 15

第三节 圆柱形薄壳弯曲分析 17

第四节 弹性基础梁 24

一、无限长弹性基础梁 24

二、半无限长弹性基础梁 27

第五节 圆柱形薄壳的稳定性 30

一、薄壁圆柱壳的轴向失稳 30

二、薄壁圆柱壳的周向失稳 32

三、复杂荷载作用下的圆柱壳失稳 35

第六节 局部应力集中 35

一、壳体接管处的局部应力 36

二、降低局部应力的措施 38

第七节 管道和储罐的设计准则 39

一、管道和储罐的失效形式 39

二、强度失效设计准则 41

三、刚度失效设计准则 44

四、失稳失效设计准则 44

五、基于应变的失效设计准则 44

六、基于可靠性的失效设计准则 45

第二章 架空管道 46

第一节 概述 46

第二节 管道壁厚设计 48

一、内压作用下薄壁管道的环向应力 49

二、管道壁厚设计 50

第三节 管道跨度设计 53

一、水平管道的允许跨度 53

二、特定情况下的管道允许跨度 57

三、增加管道跨度的措施 57

四、设计管道跨度的注意事项 59

第四节 曲管的强度和柔性计算 61

一、内压作用下的曲管应力分析 61

二、弯矩作用下曲管的内力和变形 63

三、曲管的强度校核 68

第五节 三通强度与补强方法 69

一、内压作用下三通的强度 69

二、三通的位移应力 70

三、三通的补强方法 71

第六节 平面管系热应力计算 74

一、固定约束直管道的热应力 74

二、管系的自由热伸长 75

三、固定约束条件下的平面管系热应力分析 76

四、平面管系的线静矩、线惯性矩和线惯性积 77

第七节 立体管系热应力计算 86

第八节 油气管道热应力校核及补偿方法 92

一、油气管道系统补偿能力校核 92

二、油气管道热应力补偿方法 93

第九节 管道支吊架受力计算 97

一、管道支吊架的分类 97

二、支吊架荷载计算 99

第三章 埋地管道 105

第一节 埋地管道的敷设 105

一、埋地管道施工设计 106

二、埋地施工作业 108

三、管道试压 110

第二节 埋地管道的荷载和作用力 112

一、埋地油气管道的设计荷载 113

二、几种重要的荷载和作用力 114

第三节 埋地直管道的应力及位移分析 120

一、埋地直管道嵌固段应力分析 120

二、埋地直管道过渡段的热伸缩 124

三、埋地直管道强度校核 125

第四节 埋地直管道的刚度和稳定性校核 127

一、管道的径向变形 127

二、直管道的径向稳定性 129

三、直管道的轴向稳定性 129

第五节 埋地管道弹性敷设设计 131

一、按强度条件确定弹性敷设管段的曲率半径 132

二、按变形条件确定弹性敷设管段的曲率半径 134

三、弹性敷设管段的轴向稳定性 137

第六节 埋地弯曲管道的应力及位移分析 140

一、水平弯管的内力及位移分析 141

二、竖向弯管的内力及位移分析 143

三、弯曲管道强度校核 145

四、弯曲管道的轴向稳定性 146

第七节 固定支墩受力计算 148

一、固定支墩的尺寸设计 150

二、固定支墩抗倾覆校核 151

三、固定支墩的地基压力校核 152

第八节 一般埋地管道抗震设计 153

一、埋地管道的场地地段和场地类型 154

二、基于应变的设计思想 155

三、一般埋地管道的抗震设计方法 157

第九节 活动断层区埋地管道抗震设计 158

一、断层处管道失效模式 159

二、断层区埋地管道设计方法 160

三、穿越断层管道的抗震措施 162

第四章 管道穿跨越工程 165

第一节 概述 165

一、水域穿越工程简介 165

二、公路及铁路穿越工程简介 166

三、管道跨越工程简介 167

四、穿跨越管段试压要求 170

第二节 无套管公路穿越 170

一、内压引起的管道环向应力 172

二、土荷载引起的管道环向应力 172

三、外部可变荷载引起的管道表面压力 173

四、外部可变荷载引起的管道周期应力 174

五、穿越管道有效应力的计算与校核 177

六、穿越管道疲劳的计算与校核 178

七、无套管穿越公路设计实例 179

第三节 水域穿越 181

一、常见敷设方式 181

二、水下管道的设计荷载 183

三、水下管道的强度和稳定性校核 188

四、水下管道的抗漂浮稳定性和抗移位稳定性 188

五、水下管道的振动 189

六、水下管道的管身结构与稳管措施 191

第四节 小型跨越工程 192

一、管道跨越设计的一般要求 192

二、梁式跨越管道的设计荷载 193

三、梁式跨越管道应力计算 196

四、梁式跨越设计计算 197

五、梁式跨越管道强度校核 199

第五章 海底管道 200

第一节 概述 200

一、海底管道的分类 201

二、海底管道敷管方法 202

第二节 海底管道强度设计 206

一、基本概念 206

二、分项安全系数法 209

三、海底管道内压力要求 211

四、海底管道的环向应力 211

五、海底管道的轴向应力 212

六、海底管道强度校核 213

第三节 海底管道的稳定性 213

一、海底管道的抗浮稳定性和抗移位稳定性 213

二、海底管道防共振措施 214

三、海底管道整体屈曲 214

四、海底管道局部屈曲 217

五、海底管道屈曲扩展 219

第四节 海底铺管静力分析 221

一、铺管时的管道变形方程 222

二、深水海域铺管分析 224

三、浅水海域铺管分析 227

第五节 开沟敷设的静力分析 229

第六章 立式圆柱形储罐罐壁设计 232

第一节 储罐的分类及结构特点 232

一、立式圆柱形储罐 233

二、卧式圆柱形储罐 236

三、球形储罐 236

四、低压气柜 238

第二节 立式圆柱形储罐罐壁厚度设计 240

一、油罐设计基础知识 240

二、油罐罐壁厚度设计 244

第三节 储罐的高度和直径设计 254

一、最省材料的等壁厚罐 254

二、最省材料的变壁厚罐 256

第四节 罐壁的开孔补强 258

第五节 抗风圈设计 262

一、风荷载分布 262

二、抗风圈设计 264

第六节 中间抗风圈设计 268

一、罐壁设计外压 268

二、中间抗风圈设计 269

第七节 立式储罐抗震设计 273

一、立式储罐的地震破坏形式 273

二、立式储罐的地震反应特征与地震反应谱 275

三、立式储罐的地震作用与稳定性校核 276

四、立式储罐的抗震措施 279

第七章 立式圆柱形储罐罐底设计 282

第一节 边缘应力的计算 282

一、弹性地基法 282

二、刚性地基法 286

三、下节点强度校核 290

第二节 罐底设计 297

一、罐底排板 297

二、罐底坡度 297

三、罐底钢板尺寸设计 298

四、罐底钢板间的连接要求 299

第三节 立式储罐常用基础形式 301

一、立式储罐对基础的要求 301

二、立式储罐常用基础形式 302

三、立式储罐基础形式选择 306

第四节 立式储罐基础沉降要求 306

一、立式储罐基础盘形沉降后的底板应力 308

二、立式储罐基础沉降要求 310

三、立式储罐地基加固处理方法 311

第八章 立式圆柱形储罐罐顶设计 312

第一节 拱顶设计 312

一、拱顶的结构 312

二、拱顶的设计荷载 314

三、拱顶设计方法 315

四、拱顶失稳破坏实例 317

第二节 拱顶罐包边角钢设计 318

一、拱顶罐包边角钢的结构 318

二、顶壁连接处的有效面积校核 320

第三节 浮顶的结构及设计要求 324

一、浮顶的结构 324

二、浮顶设计要求 329

第四节 单盘式浮顶的抗沉设计 329

一、浮顶破裂时的抗沉性 329

二、浮顶积水时的抗沉性 331

第五节 单盘安装高度设计 336

第六节 单盘式浮顶的强度和稳定性校核 340

一、单盘的强度 340

二、浮船的整体稳定性 342

三、船舱截面的承载能力 343

四、浮船的有效截面积验算 344

第九章 其他储存设备 346

第一节 卧式储罐整体分析 346

一、卧式储罐的结构 346

二、封头设计 349

三、筒体整体受力分析 352

第二节 卧式储罐局部分析 357

第三节 卧式储罐的稳定性 364

一、加强圈设计 364

二、鞍座强度校核 366

三、卧罐稳定性校核 367

四、卧罐抗震设计 370

第四节 低压湿式气柜的设计荷载 371

一、低压湿式气柜的工作原理 371

二、低压湿式气柜的形式 372

三、低压湿式气柜的设计荷载 375

第五节 低压湿式气柜设计 379

一、低压湿式气柜结构设计 379

二、低压湿式气柜工作压力确定 386

第六节 球罐设计基础 387

一、球罐的结构 388

二、球罐抗震设计方法 395

第七节 球罐设计计算 396

一、球壳壁厚设计 396

二、支柱设计计算 398

三、拉杆设计计算 405

第八节 10000m3天然气球罐设计实例 405

第十章 管道和储罐的安全可靠性 412

第一节 应力强度因子 413

一、裂纹的分类 413

二、平面应力状态和平面应变状态 414

三、裂纹的应力强度因子 414

四、应力强度因子的修正 417

第二节 应力强度因子应用 418

一、平面缺陷的表征 419

二、等效贯穿裂纹换算 421

三、裂纹的启裂和止裂 421

四、板材断裂时的应力强度因子估算 422

第三节 延性断裂 423

一、COD准则 424

二、能量释放率准则 425

三、J积分准则 426

第四节 腐蚀管道剩余强度 428

一、缺陷尺寸的表征 428

二、管道剩余强度评估 430

三、带凹坑缺陷容器的最高容许工作压力 432

第五节 在用含缺陷管道和储罐的安全评定 434

一、平面缺陷的安全评定 434

二、通用评定图在管道和储罐上的应用 438

第六节 裂纹的稳定扩展与疲劳断裂 439

一、空气环境下的裂纹扩展速率 439

二、空气环境下的疲劳寿命估算 441

三、腐蚀疲劳破坏 442

第七节 气体管道裂纹的失稳扩展与止裂 444

一、速度判据 445

二、韧性断裂的止裂韧性要求 448

第八节 管道和储罐的可靠性分析 449

一、可靠与失效 450

二、几种常用的概率分布 451

三、计算失效概率的常用方法 454

附录一 各种补偿器的计算公式 457

附录二 管道基本荷载计算方法与固定支架水平推力计算 460

附录三 我国部分地区的基本风压和基本雪压 466

附录四 风压高度变化系数 467

附录五 常用立式圆柱形储罐设计数据 468

附录六 常用钢制低压湿式气柜设计数据 472

附录七 卧式储罐主要参数表 478

附录八 球罐基本参数 482

附录九 常用英制单位换算 484

主要参考文献 486