第一章_地下管道

1、第1章 地下管道 干線（長(zhǎng)輸）管道中98%是地下； 管道地下敷設(shè)的好處施工簡(jiǎn)單、占地面積小，節(jié)省投資，容易受到保護(hù)，不影響交通和農(nóng)業(yè)耕作 管道過(guò)沼澤、高地下水位和重鹽堿土地區(qū)時(shí)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，可采用土堤敷設(shè)。1-1 荷載和作用力 荷載是管道及其附件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)依據(jù)。 實(shí)際中存在多種載荷，各具不同特征，造成的材料破壞形式和機(jī)理也存在差異。 荷載分類：永久荷載可變荷載偶然荷載 設(shè)計(jì)時(shí)組合。永久荷載（恒荷載） 輸送介質(zhì)的內(nèi)壓力； 鋼管及其附件、絕緣層、保溫層、結(jié)構(gòu)附件等的自重； 輸送介質(zhì)的重量； 橫向和豎向的土壓力； 靜水壓力和水浮力； 溫度應(yīng)力以及靜止流體由于受熱膨脹而增加的力； 由于連接構(gòu)件相

2、對(duì)位移而產(chǎn)生的作用力。 可變荷載（活荷載） 試運(yùn)行時(shí)的水重量； 附在管道上的冰雪荷載； 由于內(nèi)部高落差或風(fēng)、波浪、水流等外部因素產(chǎn)生的沖擊力； 車輛及行人荷載； 清管荷載； 檢修荷載； 施工過(guò)程中的各種作用力。偶然荷載 位于地震基本烈度七度及七度以上地區(qū)的管道，由地震引起的活動(dòng)斷層位移、沙土液化、地基滑坡施加在管道上的力； 由于振動(dòng)和共振所引起的應(yīng)力； 凍土或膨脹土中的膨脹壓力； 沙漠中沙丘移動(dòng)的影響； 地基沉降附加在管道的荷載。 1-2 環(huán)向應(yīng)力ppDD環(huán)向應(yīng)力hpD 22pDhBarlow公式 內(nèi)壓是影響管道的最主要荷載 內(nèi)壓產(chǎn)生軸向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力 由環(huán)向應(yīng)力確定壁厚軸向應(yīng)力精確解：442

3、pDDDpAFa222224dDpddDFa近似解Fap例1-1：管道外徑273mm，壁厚9mm，內(nèi)壓10Mpa，分別按精確值和薄壁近似公式計(jì)算管道的軸向應(yīng)力，并比較兩種計(jì)算方法的差別。解：已知： 軸向應(yīng)力精確解： MPapmmdmmmmD10,255,9,273MPadDpda4 .6825527325510222222MPapDa3 .7594273104兩者的相對(duì)誤差為10.8近似值（薄壁）： 管道軸向應(yīng)力近似值的保守性隨比值Dt增大而增大，一般而言，如果Dt比值小于20，則應(yīng)按厚壁管考慮。厚壁圓筒有徑向應(yīng)力ab1p2p22221221222222222122122222()()()()

4、ra pb pa bppbabara pb pa bppbabar僅有內(nèi)壓當(dāng)量應(yīng)力的最大值在內(nèi)壁221222221222(1)(1)ra pbbara pbbarsrrabbpa22222)(21-3 許用應(yīng)力與壁厚設(shè)計(jì)管徑、壓力由工藝確定，壁厚由強(qiáng)度確定。sK 式中: 許用應(yīng)力 許用應(yīng)力焊縫系數(shù) 鋼管最低屈服強(qiáng)度S設(shè)計(jì)系數(shù)，按標(biāo)準(zhǔn)取值 K鋼管的最低屈服強(qiáng)度和焊縫系數(shù)（一）鋼管標(biāo)準(zhǔn)名稱鋼號(hào)或鋼級(jí)最低屈服強(qiáng)度（Mpa）焊縫系數(shù)備注輸送流體用無(wú)縫鋼管Q295295（d16mm為285）1d為鋼管公稱壁厚GB/T 8163-1999Q345295（d16mm為315）20245（d16mm為235）

5、石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨條件第1部分：A 級(jí) 鋼 管 G B / T 9711.1-1997L175(A25)175(172)1L210(A)210(207)L245(B)245(241)L290(X42)290(289)L320(X46)320(317)L360(X52)360(358)L390(X56)390(386)L415(X60)415(413)L450(X65)450(448)L485(X70)485(482)L555(X80)555(551)鋼管的最低屈服強(qiáng)度和焊縫系數(shù)（二）鋼管標(biāo)準(zhǔn)名稱鋼號(hào)或鋼級(jí)最低屈服強(qiáng)度(Mpa）焊縫系數(shù)備注石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨條件第2部分：B級(jí)鋼管

6、GB/T 9711.1-1999L245NB245440*1B級(jí)管的質(zhì)量和試驗(yàn)要求高于A級(jí)管L245MBL290NB290440*L290MBL360NB360510*L360QBL360MBL415NB415565*L415QBL415MBL450QB450570*L450MBL485QB485605*L485MBL555QB555675*L555MBNB為無(wú)縫管和焊接管用鋼，QB為無(wú)縫管用鋼，MB為焊接管用鋼；*為0.5%應(yīng)變的應(yīng)力值。輸油管道直管段的壁厚設(shè)計(jì)公式 2pD式中: 壁厚，mmp設(shè)計(jì)壓力，MPaD管道直徑，mm鋼管的許用應(yīng)力，MPa 輸氣管道壁厚設(shè)計(jì)公式 FtpDs2式中: p

7、設(shè)計(jì)壓力，MPaD管道直徑，mmF設(shè)計(jì)系數(shù) t溫度折減系數(shù)，當(dāng)溫度低于120C時(shí)，取 t=1.0 鋼管的最低屈服強(qiáng)度，MPas焊縫系數(shù)輸氣管道的強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù) 地區(qū)等級(jí)（沿管道中心線兩側(cè)各200m范圍內(nèi)，任意劃分成長(zhǎng)度為2km并能包括最大聚居戶數(shù)的若干地段 ）一級(jí)地區(qū)：戶數(shù)在15戶或以下的區(qū)段；二級(jí)地區(qū)：戶數(shù)在15戶以上、100戶以下的區(qū)段；三級(jí)地區(qū)：戶數(shù)在100戶或以上的區(qū)段，包括市郊居住區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、發(fā)展區(qū)以及不夠四級(jí)地區(qū)條件的人口稠密區(qū) 四級(jí)地區(qū)：系指四層及四層以上樓房（不計(jì)地下室層數(shù)）普通集中、交通頻繁、地下設(shè)施多的地區(qū)。地區(qū)等級(jí)強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)一級(jí)地區(qū)0.72二級(jí)地區(qū)0.6三級(jí)地區(qū)0

8、.5四級(jí)地區(qū)0.4穿越鐵路、公路及輸氣站內(nèi)管道的強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù) 管道及管段地區(qū)等級(jí)一二三四強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)（F）有套管穿越、級(jí)公路的管道0.7無(wú)套管穿越、級(jí)公路的管道0.4有套管穿越、級(jí)公路，高速公路、鐵路的管道0.4輸氣站內(nèi)管道及其上、下游各200m管道，截?cái)嚅y室管道及其上、下游各50m管道（其距離從輸氣站和閥室邊界線起算）0.4人群聚集場(chǎng)所的管道0.4管道跨越強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù) 工程等級(jí)大型中型小型設(shè)計(jì)系數(shù)跨越工程分類輸氣輸油輸氣輸油輸氣輸油甲類0.40.450.45乙類0.50.550.5

9、5工程等級(jí)總跨長(zhǎng)度（m）主跨長(zhǎng)度（m）大型300500中型10030050150小型1000)12TT式中：管道的安裝溫度； 管道的工作溫度。P熱伸長(zhǎng)LTTL12PLLEA 12TTEAEALLP12TTEAP熱應(yīng)力2.泊松效應(yīng)泊松效應(yīng)產(chǎn)生的軸向應(yīng)力為拉應(yīng)力:軸向應(yīng)力的兩個(gè)分量： 壓力分量泊松效應(yīng)； 溫度分量溫度應(yīng)力。管道完全嵌固時(shí)，總的軸向應(yīng)力：總的軸向應(yīng)變（如果可以自由伸縮）：TEhtpLTEpDa22pDp例1-3：直徑762mm管道，壁厚22.2mm，內(nèi)壓5MPa，溫度升高了90。管材的彈性模量E=210Gpa，泊松系數(shù)=0.3，線膨脹系數(shù)。試按上述公式計(jì)算軸向應(yīng)力

10、的泊松效應(yīng)分量、溫度分量以及總的軸向應(yīng)力。解：泊松效應(yīng)的應(yīng)力分量為 MPapDap2 .772 .222762153 . 02溫度應(yīng)力分量總的軸向應(yīng)力為MPaTEat8 .22690102 . 11021053MPaatapa6 .1498 .2262 .773.出（入）土段的管道應(yīng)力與變形 假設(shè)管道周圍摩擦力相等，并且忽略管道自重，則管道單位長(zhǎng)度的摩擦阻力為：過(guò)渡段 l摩擦阻力與熱伸縮力相平衡(兩端無(wú)反力) AlfasaPtEfAlsDpf EAfLdxEAfxlL220土壤種類摩擦系數(shù)砂土: 密實(shí)和中等密實(shí)的礫質(zhì)砂和粗砂 密實(shí)的中等粒度的砂子 中等密度的中粒砂 密實(shí)細(xì)砂 中等密度的細(xì)砂 密

11、實(shí)粉砂 中等密實(shí)的粉砂亞粘土: 密實(shí)的亞粘土 塑性亞粘土粘土: 密實(shí)的粘土 塑性粘土0.70/0.650.72/0.600.65/0.600.65/0.550.57/0.550.62/0.500.53/0.400.55/0.350.47/0.250.60/0.400.50/0.251-5 固定支墩的設(shè)計(jì)計(jì)算固定支墩的作用是防止管線的軸向運(yùn)動(dòng)。固定支墩保護(hù)：地下管道出土進(jìn)入泵房或閥室；管道彎頭、三通。 固定支墩設(shè)計(jì)上的考慮支墩受力平衡支墩不傾覆支墩下面的土壤有足夠的耐壓強(qiáng)度一、固定支墩的受力平衡計(jì)算 0HHbaaF管道作用在固定支墩上的推力（完全錨固且被保護(hù)段完全自由）p安裝溫度1T2T運(yùn)行溫度

12、泊松系數(shù)設(shè)計(jì)壓力p軸向力aF橫截面面積A彈性模量E膨脹系數(shù)固定端自由端24)(12pDpDTTEAFa1241pD42pDTE推力折減系數(shù) 考慮到固定支墩不能絕對(duì)固定，稍有位移將使推力大大減小。工程上使用折減系數(shù)。折減系數(shù)取1/31/2。視具體情況而定： 重要出土處，取1/21/3； 跨越或架空管出土處，取1/2； 水下穿越兩端的彎頭處，取1/3； 地下埋土彎頭（拐角15），取1/31/2aaaFFF)2131(實(shí)際推力土壓力 按擋土結(jié)構(gòu)的位移方向、大小及土體所處的極限平衡狀態(tài)，分為：1.靜止土壓力 擋土結(jié)構(gòu)在土壓力的作用下，其本身不發(fā)生變形和任何位移（移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)），土體處于彈性平衡狀態(tài)則作用

13、在擋土結(jié)構(gòu)上的土壓力稱為靜止土壓力。2.主動(dòng)土壓力 擋土結(jié)構(gòu)在土壓力作用下向離開(kāi)土體的方向移動(dòng)，當(dāng)土體達(dá)到主動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在擋土結(jié)構(gòu)上的土壓力稱為主動(dòng)土壓力。3.被動(dòng)土壓力 擋土結(jié)構(gòu)在，使土體達(dá)到被動(dòng)極限平衡狀態(tài)時(shí)的土壓力稱為被動(dòng)土壓荷載作用下向土體方向移動(dòng)力。支墩的阻力 在支墩的四個(gè)面上存在土壤的摩擦力： 上部的垂直壓力為墩頂土重 底部的垂直反力為墩頂土重和墩本身的重量 左右面上的土壓力00sH ab000sH abHab200024522sHHtgHb 支墩前后面上的土壓力： 支墩后面受主動(dòng)土壓力 支墩前面受被動(dòng)土壓力20004522sHHtgHa20004522sHHtgHa支墩

14、阻力的計(jì)算公式1.2KK安全系數(shù)，一般取；折減系數(shù)。2000000202000222452124545222sssTH abHabHHHtgbHHHa tgtg3000.5 0.62.4 / t mso支墩與土壤的摩擦系數(shù)，一般取；土壤的容重；支墩材料容重，對(duì)于混凝土??；土壤的內(nèi)摩擦角。aTK F校核條件：二、支墩的傾覆校核要求支墩在水平推力作用下不沿支墩的前邊緣傾覆。HkFbHababHas20000HHbaaF式中：k安全系數(shù)，一般取k=1.2。三、地耐壓校核min0max00式中允許的地耐壓力。校核條件：支墩的地基反力不超過(guò)土壤的允許壓力最小反力不小于零，即:202020202055 /

15、45 /30 35 /20 30 /10 45 /t mt mt mt mt m礫砂、粗砂中砂細(xì)砂 粉砂粘性土000BsGH abHabminmax3babminmax21aFHbHababHGsB000e垂直作用在地基上的總荷載為在水平推力 的作用下，對(duì)于支墩地基，相當(dāng)于使垂直荷載產(chǎn)生了一個(gè)偏心，偏心距e為：aBF HeGaF支墩的前邊緣對(duì)地基的壓力最大，以 表示，后邊緣壓力最小，以 表示。maxmin對(duì)支墩中點(diǎn)取力矩平衡可得：聯(lián)立以上兩式得：maxmin2BabGmaxmin223BbbabG emax61BGeabbmin61BGeabb固定墩優(yōu)化設(shè)計(jì) 優(yōu)化目標(biāo)：固定墩體積最??； 優(yōu)化參

16、數(shù)：固定墩位置、許可位移、形狀、尺寸； 約束條件： 固定墩的摩擦力反力 最小設(shè)計(jì)推力； 固定墩的翻傾穩(wěn)定性； 固定墩的軸向和橫向斷裂強(qiáng)度 保持固定墩后背及地基土壤彈性。1-6 彈性敷設(shè)管道自然彎曲 管子在安裝期間會(huì)產(chǎn)生彎曲。 當(dāng)敷設(shè)在不平地面（尤其是海底）或出現(xiàn)懸空時(shí)，管子也會(huì)產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。 彎曲應(yīng)力可以和管道的軸向應(yīng)力迭加。1、管道簡(jiǎn)單彎曲時(shí)的彎曲應(yīng)力由圖中可以看出，管道彎曲時(shí)管壁外緣纖維伸長(zhǎng)量為：21211()2()2222bblllDlRlRDDlRRlDlREDER b其中：；則應(yīng)變?yōu)椋汗使艿赖膹澢鷳?yīng)力1l2lRD2、管道能作橫向自由移動(dòng)時(shí)的彎曲應(yīng)力彎曲管道的軸向應(yīng)力222161515

17、1mmTEpDpDb)1 ()21 (42lDm2lf由內(nèi)壓引起的橫向荷載pRDq42適用范圍：2513、管道下沉段的彎曲應(yīng)力 地基沉降，發(fā)生在新建公路、鐵路處、嚴(yán)重沖蝕段及凍土區(qū)。 管道下沉將使管子彎曲并同時(shí)使軸線拉長(zhǎng)。彎曲半徑方程442)22(llhhR22241hlhR彎曲段的曲率半徑與軸向伸長(zhǎng)組合變形（經(jīng)驗(yàn)公式，由于hl, 第二項(xiàng)可忽略）442253238lhlhll彎曲段的彎曲應(yīng)力和拉伸應(yīng)力REDb2283xlEhEEll組合應(yīng)力2xblh38E2RED總1-7 彎管在管道轉(zhuǎn)角處，采用了具有一定曲率的彎管(彎頭)；油氣管道建設(shè)中，需要在現(xiàn)場(chǎng)制作彎管?，F(xiàn)場(chǎng)冷彎彎管的最小彎管半徑（mm）

18、 公稱管徑（mm） 最小彎管半徑R備注30018D D為管外徑。冷彎彎管不必增加壁厚，但彎管兩端宜有2m左右的直管段。35021D40024D45027D50030D曲管在內(nèi)壓作用下的應(yīng)力 彎管是一雙重曲率面所限制的殼體，所以彎管在內(nèi)壓作用下的應(yīng)力狀態(tài)與直管有本質(zhì)的不同。1.內(nèi)壓作用下彎管的環(huán)向應(yīng)力2.內(nèi)壓作用下彎管的軸向應(yīng)力21pr0000,pr2或18時(shí)，即水平彎管的最上和最下處，和直管的環(huán)向應(yīng)力相同。dr0Ayx1-8 三通 主管與支管的連接。 兩個(gè)圓柱殼體呈直角（也可以是斜角）的組合件。 制造方法熱沖壓法 焊接 專門的補(bǔ)強(qiáng)圈和無(wú)補(bǔ)強(qiáng)圈的焊接三通 由于三通處曲率半徑發(fā)生突然變化以及方向的

19、改變，導(dǎo)致在主支管接管處出現(xiàn)相當(dāng)大的應(yīng)力集中現(xiàn)象，常可比完整管道的應(yīng)力高出57倍。 等面積補(bǔ)強(qiáng)法輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50251-94） RAAAA321hHdA1LAhB 22hRdAA3：補(bǔ)強(qiáng)圈、焊縫等所占的補(bǔ)強(qiáng)面積。 管道或管道附件的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)符合下列規(guī)定： 在主管上直接開(kāi)孔焊接支管：當(dāng)支管外徑小于0.5倍主管外徑時(shí)，可采用補(bǔ)強(qiáng)圈進(jìn)行局部補(bǔ)強(qiáng)，也可增加主管和支管壁厚進(jìn)行整體補(bǔ)強(qiáng)。支管和補(bǔ)強(qiáng)圈的材料，宜與主管材料相同或相近。 當(dāng)相鄰兩支管中心線的間距小于兩支管開(kāi)孔直徑之和，但大于或等于兩支管直徑之和的2/3時(shí)，應(yīng)進(jìn)行聯(lián)合補(bǔ)強(qiáng)或增大主管管壁厚度。當(dāng)進(jìn)行聯(lián)合補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，支管中心線之間的補(bǔ)強(qiáng)面

20、積不得小于兩開(kāi)孔所需總補(bǔ)強(qiáng)面積的1/2。當(dāng)相鄰 兩支管中心線的間距小于兩支管開(kāi)孔直徑之和的2/3時(shí)，不得開(kāi)孔。 當(dāng)支管直徑小于或等于50mm時(shí)，可不補(bǔ)強(qiáng)。 當(dāng)支管外徑等于或大于1/2倍主管外徑時(shí)，應(yīng)采用三通或采用全包型補(bǔ)強(qiáng) 。 開(kāi)孔邊緣距主管焊縫宜大于主管壁厚的5倍。1-9 管道的強(qiáng)度校核 由環(huán)向應(yīng)力確定管道的壁厚； 管道上一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)12 環(huán)向應(yīng)力：內(nèi)、外壓產(chǎn)生； 軸向應(yīng)力：內(nèi)壓、外壓、熱膨脹以及其它力和彎矩等。 根據(jù)不同的強(qiáng)度理論，對(duì)上述應(yīng)力進(jìn)行綜合。常用的強(qiáng)度理論 Tresca屈服條件，也稱為最大剪應(yīng)力條件 Mises屈服條件，也稱為最大應(yīng)變能條件 23123222121eq管道的工程

21、設(shè)計(jì)規(guī)范常采用Tresca屈服條件習(xí)題：某一級(jí)地區(qū)輸氣管道的設(shè)計(jì)壓力10MPa，直徑1219mm；管材為X70、彈性模量210GPa、泊松比0.3、熱脹系數(shù)1.210-5 1/；管道安裝時(shí)的溫度為0、最高操作溫度60；一級(jí)地區(qū)強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)0.72，焊縫系數(shù)1.0，溫度折減系數(shù)取1.0。試設(shè)計(jì)管道的壁厚并校核其強(qiáng)度。 管道與儲(chǔ)罐強(qiáng)度課程思考題第一章 地下管道埋地管道的設(shè)計(jì)中怎樣進(jìn)行載荷分類，為什么需要載荷分類。管道的環(huán)向應(yīng)力計(jì)算公式有哪兩種，常用的是那種，寫出其表達(dá)式。輸油管道的設(shè)計(jì)系數(shù)一般取多少，怎樣選取輸氣管道的設(shè)計(jì)系數(shù)。什么是管道的規(guī)定最低屈服強(qiáng)度，舉出幾種強(qiáng)度級(jí)別管道的規(guī)定最低屈服極限。

22、管道產(chǎn)生軸向應(yīng)力或變形的原因是什么？怎樣計(jì)算埋地直管段中的軸向應(yīng)力？埋地管道中的固定支墩的作用是什么？從哪幾個(gè)方面進(jìn)行固定支墩的設(shè)計(jì)計(jì)算？怎樣計(jì)算管道對(duì)固定支墩的推力？管道中彎曲應(yīng)力與彎曲曲率的關(guān)系怎樣？怎樣計(jì)算管道下沉段的彎曲應(yīng)力？分析管道中一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，說(shuō)明每個(gè)應(yīng)力分量產(chǎn)生的原因。怎樣進(jìn)行管道中組合應(yīng)力校核？管道與儲(chǔ)罐強(qiáng)度課程大作業(yè)國(guó)內(nèi)外管道與儲(chǔ)罐事故調(diào)研及發(fā)生原因分析。國(guó)內(nèi)外管道與儲(chǔ)罐事故調(diào)研及發(fā)生原因分析。要求：調(diào)研國(guó)內(nèi)外歷史上重大事故及近年來(lái)發(fā)生事故的現(xiàn)狀、趨勢(shì)，分析總結(jié)歸類事故發(fā)生的原因。提出自己關(guān)于降低事故發(fā)生率的建議。我國(guó)管道及儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)規(guī)范中與管道及儲(chǔ)罐強(qiáng)度相關(guān)內(nèi)容總結(jié)。我國(guó)

23、管道及儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)規(guī)范中與管道及儲(chǔ)罐強(qiáng)度相關(guān)內(nèi)容總結(jié)。要求：查詢我國(guó)管道及儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)規(guī)范中與本課程已講授部分相關(guān)的內(nèi)容，并進(jìn)行一定的說(shuō)明。埋地管道強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法。埋地管道強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法。要求：總結(jié)埋地油氣管道直管段和彎頭的應(yīng)力計(jì)算方法和設(shè)計(jì)要求。埋地管道固定墩優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。埋地管道固定墩優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。要求：敘述埋地管道固定墩優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)、約束條件、優(yōu)化參數(shù)，埋地管道及固定墩系統(tǒng)的受力分析，優(yōu)化效果。架空地上管道強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法。架空地上管道強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法。要求： 架空地上管道強(qiáng)度設(shè)計(jì)內(nèi)容、參量、方法。海底管道強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法。海底管道強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法。要求：海底管道（海床部分）強(qiáng)度設(shè)計(jì)內(nèi)容、參量、方法。管道及油罐穩(wěn)定

24、性設(shè)計(jì)方法及內(nèi)容。管道及油罐穩(wěn)定性設(shè)計(jì)方法及內(nèi)容。要求：管道及油罐穩(wěn)定性設(shè)計(jì)內(nèi)容、參量、方法。地震作用在管道上載荷與管道強(qiáng)度。地震作用在管道上載荷與管道強(qiáng)度。要求：分地震波、土壤液化、地層斷裂帶三種情況分析地震時(shí)管道所受載荷及強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法。大型浮頂油罐罐壁強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法。大型浮頂油罐罐壁強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法。要求：分析比較我國(guó)規(guī)范與美國(guó)API650規(guī)范對(duì)大型浮頂油罐罐壁強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法。并完成以下算例：儲(chǔ)罐的直徑D=80m，高度18m，材質(zhì)SPV490Q，許用應(yīng)力為260MPa，壁板寬度2400mm，設(shè)計(jì)儲(chǔ)液高度19.5m，試根據(jù)SH3046標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算罐壁板的計(jì)算厚度。大型浮頂油罐罐底及浮頂強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法。大型

25、浮頂油罐罐底及浮頂強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法。要求：總結(jié)我國(guó)規(guī)范對(duì)大型浮頂油罐罐底及浮頂強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法。工程力學(xué)課程內(nèi)容在本課程中應(yīng)用總結(jié)。工程力學(xué)課程內(nèi)容在本課程中應(yīng)用總結(jié)。要求：總結(jié)并舉例說(shuō)明本課程中應(yīng)用到的工程力學(xué)課程的基礎(chǔ)知識(shí)。 管道強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法主要包括：（1）基于應(yīng)力的設(shè)計(jì)方法；（2）基于應(yīng)變的設(shè)計(jì)方法；（3）基于可靠性的設(shè)計(jì)方法。基于應(yīng)變的設(shè)計(jì)方法：基于應(yīng)變的設(shè)計(jì)方法：（1）對(duì)材料和各種受力狀態(tài)下管道破壞形式的認(rèn)識(shí)逐步加深）對(duì)材料和各種受力狀態(tài)下管道破壞形式的認(rèn)識(shí)逐步加深,發(fā)發(fā)現(xiàn)在不同狀態(tài)下某個(gè)方向上的管道應(yīng)變即使超過(guò)現(xiàn)在不同狀態(tài)下某個(gè)方向上的管道應(yīng)變即使超過(guò)0.5%(最小屈服最小屈服強(qiáng)度所對(duì)應(yīng)的

26、應(yīng)變強(qiáng)度所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變)也不會(huì)發(fā)生破壞也不會(huì)發(fā)生破壞,尤其是當(dāng)管道受到溫差、位尤其是當(dāng)管道受到溫差、位移等形式荷載的作用。移等形式荷載的作用。（2）由管材的應(yīng)力）由管材的應(yīng)力-應(yīng)變特性可知，管道應(yīng)力在達(dá)到屈服應(yīng)力之應(yīng)變特性可知，管道應(yīng)力在達(dá)到屈服應(yīng)力之后，管道的反應(yīng)只能用應(yīng)變來(lái)衡量，基于這個(gè)原因，以應(yīng)變?yōu)榛?，管道的反?yīng)只能用應(yīng)變來(lái)衡量，基于這個(gè)原因，以應(yīng)變?yōu)榛A(chǔ)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和方法開(kāi)始被提出。礎(chǔ)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和方法開(kāi)始被提出?；趹?yīng)變的設(shè)計(jì)方法基于應(yīng)變的設(shè)計(jì)方法 sF起源：起源：當(dāng)管道承受概率小、產(chǎn)生大應(yīng)力的載荷時(shí)（如各種地質(zhì)災(zāi)害），如何當(dāng)管道承受概率小、產(chǎn)生大應(yīng)力的載荷時(shí)（如各種地質(zhì)災(zāi)害），如何 設(shè)

27、計(jì)管道保證完整性。設(shè)計(jì)管道保證完整性。基于應(yīng)變的強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法適用于：基于應(yīng)變的強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法適用于：（1）結(jié)構(gòu)受位移控制的載荷作用；）結(jié)構(gòu)受位移控制的載荷作用；（2）該載荷極可能會(huì)造成構(gòu)件進(jìn)入彈塑性狀態(tài)；）該載荷極可能會(huì)造成構(gòu)件進(jìn)入彈塑性狀態(tài)；（3）過(guò)大的應(yīng)變會(huì)使構(gòu)件達(dá)到某種危險(xiǎn)狀態(tài)（如拉斷、屈曲）。）過(guò)大的應(yīng)變會(huì)使構(gòu)件達(dá)到某種危險(xiǎn)狀態(tài)（如拉斷、屈曲）?；趹?yīng)變的強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法表達(dá)式：基于應(yīng)變的強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法表達(dá)式：基于應(yīng)變的強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法研究?jī)?nèi)容包括：基于應(yīng)變的強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法研究?jī)?nèi)容包括：（1）突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害時(shí)管道的應(yīng)變；）突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害時(shí)管道的應(yīng)變；（2）管材的極限應(yīng)變；）管材的極限應(yīng)變；（3）設(shè)計(jì)系數(shù)

28、。）設(shè)計(jì)系數(shù)。n 管道模型管道模型ELBOWELBOW單元單元n 管材模型管材模型R-OR-O本構(gòu)關(guān)系本構(gòu)關(guān)系n 管管- -土作用模型土作用模型PSIPSI單元單元 單元?jiǎng)偠葐卧獎(jiǎng)偠華SCEASCE指南指南n 載荷條件載荷條件斷層位移斷層位移11nsaEn環(huán)向全殼積分，準(zhǔn)確描述管道等薄壁結(jié)構(gòu)復(fù)雜變形，適于管道截面橢圓化、扭曲或翹曲等問(wèn)題，內(nèi)壓、溫度 Strike-slipNormalReversePossible VerticalComponentPossible Strike-slipComponentPossible Strike-slipComponentStrike-slipNorma

29、lReversePossible VerticalComponentPossible Strike-slipComponentPossible Strike-slipComponent管線變形后形狀 算例算例西氣東輸二線西氣東輸二線管道管道1219 22mm，埋深，埋深2.5m，內(nèi)壓，內(nèi)壓12MPa；管材；管材X80，彈性模量，彈性模量 MPa。管溝管溝管溝底寬管溝底寬1.8m；管溝坡度；管溝坡度1：10。 土體土體管溝土：砂土，密度管溝土：砂土，密度18KN/m3，內(nèi)摩擦角，內(nèi)摩擦角30，彈性模量，彈性模量30MPa 。周圍土：周圍土：21.8m13.3m，彈性模量，彈性模量500MPa。 51006. 2管道主要受軸向壓應(yīng)力作管道主要受軸向壓應(yīng)力作用；用；管道最大應(yīng)變出現(xiàn)在斷層管道最大應(yīng)變出現(xiàn)在斷層兩側(cè)兩側(cè)2020米范圍內(nèi)，米范圍內(nèi)，0.65%0.65%。斷層斷層逆斷層，斷層傾角逆斷層，斷層傾角45，垂直位移，垂直位移1.41m?；诳煽啃缘脑O(shè)計(jì)方法基于可靠性的設(shè)計(jì)方法傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是安全（設(shè)計(jì)）系數(shù)法，它的不足之