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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