压力钢管结构计算和抗外压稳定校核
钢支撑(钢管)强度及稳定性验算
2EA/(1.1*λ
2 x
)(KN)
-[(α 2+α 3λ x'+λ x'2)2-4λ x'2]1/2}/2λ x'2
ψ x=1-α 1λ x'2
64-0.23*(d/t)1/4 （d/t>60时）
NEx) (N/mm2) .8N/NEx) ≤ φ f
π
-[(α 2+α 3λ y'+λ y'2)2-4λ y'2]1/2}/2λ y'2 ψ y=1-α 1λ y'2
N/ψ yA+0.7Mx/W (N/mm2) W≤φ f
b类 0.965 1.1E+03 0.343
1.0000 176.42
满足
当λ y'〉0.215时，稳定系数ψ y={(α 2+α 3λ y'+λ y'2)-[(α 2+α 3λ y'+λ y'2)2-4λ y'2]1
当λ y'≤0.215时，稳定系数ψ y=1-α 1λ y'2
ψy
1.15
验算 N/ψ yA+0.7Mx/W ≤ φ f
支撑轴心压力N (KN) 最大弯矩Mx (KN·m)
计算长度l0x (mm) 计算长度l0y (mm) 等效弯矩系数β m 支撑面集中荷载p（kN）
截面面积A=π *(d2-d12)/4 (mm2) 截面抵抗矩W=2I/d (mm3) 构件长细比λ x=l0x/i 构件长细比λ y=l0y/i l x sqrt(fy/235)
验算 d/t ≤ 100*(235/fy)
局部稳定系数φ =1 （d/t≤60时）；φ =1.64-0.23*(d/t)1/4 （d/t>60时）
压力钢管结构计算和抗外压稳定校核
压力钢管结构计算和抗外压稳定校核1.计算原则：① 钢管结构在弹性状态下工作；② 除对钢管结构进行强度计算外，还要对钢管进行抗外压稳定校核； ③ 计算中不计地震力及弯段水流的离心力； ④ 钢材为普通碳素钢，即主炉3号镇定钢（A 3）； ⑤ 焊接系数采用0.9，超声波检查率为100%； ⑥ 管壁厚度计算中，钢管允许应力为0.55σs ×75%。
2. 计算工况： （1）计算荷载：① 2180.0m 正常蓄水位时静水压力；② 2180.0m 正常蓄水位时机组丢弃全部负荷的正水锤压力; ③ 钢管的自重; ④ 管内的水重; ⑤ 温度荷载;⑥ 管道放空时通气设备造成的负压。
（2）荷载组合：工况一：①＋②＋③＋④＋⑤ 工况二：⑥3. 钢管管壁厚度的计算 ① 管壁厚度按锅炉公式计算：式中 δ—管壁厚度（mm ）H —包括水击压力值的设计水头 （m ）；[]ϕσδHD50=D —钢管内径（m）；[σ] —钢材允许应力，[σ]=0.55σs×75% （kg/cm2）,σs=2400kg/cm2;φ—接缝坚固系数，φ取0.9。
②由上式计算得到的管壁计算厚度，在满足钢管抗外压稳定的条件下，再加上2mm的锈蚀及磨损厚度，即为钢管管壁选用厚度。
计算成果见表1.3.2。
钢管管壁厚度计算成果表表1.3.2项目管段设计水头（m）钢管内径（mm）计算壁厚（mm）选用壁厚（mm）取水口~M段53.088 1500 4.5 14M~M1段87.287 1500 7.3 14M1~N1段119.434 1500 10.05 14 N1~机组导叶前120.752 1250 8.5 12 4．管壁抗外压稳定校核钢管管壁厚度除应满足强度要求外，还需满足稳定性要求，管壁维持稳定的最小厚度为：对于φ1500管径对于φ1250管径130D≥δ54.11130150014=≥=δ62.9130125012=≥=δ故壁厚均满足抗外压稳定要求，即钢管在外部压力作用，若管内出现负压也不会失稳。
水电站压力管道布置设计
水电站压力管课程设计学院：水利学院专业：水利水电工程科目：水电站课题：水电站压力管道课程设计姓名：学号： 313174云南农业大学水利学院2017年12月设计说明压力管道的设计步骤一般包括：（1）压力管功能布置；（2）压力管固定方法、设计；（3）压力管应力分析、计算；（4）压力管强度校核；（5）压力管抗外压稳定计算。
一、基本资料及参数1、最大发电流量；2、上游正常水位1000m；3、下游设计尾水水位850m；4、管轴线与水平线夹角；5、上游正常水位至伸缩节水位差7m；6、镇墩与地基摩擦系数；7、支墩与管身摩擦系数；8、伸缩节摩擦系数；9.水轮机调节时间。
二、压力管功能及布置功能：从水库、前池或调压室向水轮机输送水量。
布置：采用明钢管敷设。
布置时要尽可能选择短而直的线路，明钢管敷设在陡峭的山坡上；尽量选择良好的地质条件，明钢管敷设在坚固而稳定的山坡上，支墩和镇墩尽量设在坚固的岩基上，并清除表面覆盖层；尽量减少管道的起伏波折，避免出现反坡，利于管道排空，明钢管底部应高出地表至少0.6米，以便安装和检修；避开可能发生山崩或滑坡的区，明钢管尽量沿山脊布置，避免布置在山水集中的山谷中，若明钢管之上有坠石或可能崩塌的峭壁，要事先清除；首部设事故闸门，并考虑设置事故排水和防冲设施。
三、明钢管的固定、设计1.明钢管的敷设明钢管敷设在一系列支墩上，底部应高出地表0.65米。
明钢管宜做成分段式，在首尾设镇墩，两镇墩之间设伸缩节。
伸缩节布置在管段的上端，靠近上镇墩处。
敷设方式如图：2.明钢管的设计（1）管径的确定采用经验公式——彭德舒公式来初步确定压力钢管的经济直径：式中：为钢管的最大设计流量，；H为设计水头，m。
由基本资料得：所以压力钢管直径进制采用D=50mm为模,所以取D=2.05m。
（2）管长确定上游正常水位1000m，闸门进口水位为993m，上游正常水位至伸缩节水位差7m，下游设计为水位850m。
取进口直管段长5m，出口直管段长5m。
钢管支撑强度及稳定性验算
钢支撑N=2750KN，L水平向=L竖向＝20.9m钢支撑强度及整体稳定性验算（钢结构设计规范GB50017-2003 5.2）：一、计算参数分项系数γs＝ 1.375初始偏心距e0=0.001*L=0.04m支撑面均布荷载q0=0.7Kpa支撑最大轴力标准值Nk=2692KN初始弯矩M0k＝75.7381KN-m由自重及支撑面均布荷载引起的弯最大弯矩Mk=M0k＋Nk*e0=183.4181KN-m稳定系数φ=0.851弯矩作用平面内的轴压构件稳定系截面塑性发展系数γ= 1.15钢管截面钢管外径D=0.609m钢管内径d=0.577m支撑实际长度L=14.8m截面模量W=0.0982*(D4-d4)/D0.004307m3弯矩作用平面内对较大受压纤维的截面惯性矩I=π(D4-d4)/64=0.001311m4截面回转半径i=√(D2+d2)/4=0.209733m截面积A=π*(D2-d2)/4=0.029807m2参数Nex=π2*EA/(1.1λ2)=11063.97KN OR Nex=π2*EI/[1.1*(μ*L)2]=弹性模量E= 2.06E+08Kpa Q235钢杆件计算长度修正系数μ=1构件长细比λ=L/i=70.56575等效弯矩系数βmx=1无端弯矩但有横向荷载作用二、钢支撑强度验算f=N/A+M/(γ*W)=175.0974Mpa< [f]=215 Mpa，满足要求其中M=γs*Mk三、钢支撑整体稳定验算1、钢支撑竖向平面内的稳定性验算f1=N/(φ*A)=145.8569Mpaf2=βmx*M/[γ*W*(1-0.8*N/Nex)]=69.52489Mpaf=f1+f2=215.3818Mpa< [f]=215 Mpa，满足要求2、钢支撑竖向平面外的稳定性验算f1=N/(φy*A)=145.8569其中弯矩作用平面外的轴心受压稳定系数φy＝0.851根据L=11m计算。
钢管支撑刚度及稳定性计算
钢管支撑刚度及稳定性计算钢管支撑设计中的刚度和稳定性是非常重要的考虑因素。
在设计过程中，需要通过计算和评估来确定合适的钢管尺寸、材料和支撑间距，以满足支撑的刚度和稳定性要求。
本文将从钢管支撑的刚度计算和稳定性计算两个方面进行介绍。
一、钢管支撑的刚度计算钢管支撑的刚度计算是指钢管在受到加载时的刚度特性。
钢管支撑的刚度主要取决于材料的特性、钢管截面形状和尺寸以及支撑间距。
其中，材料的特性可以通过弹性模量来表示，钢管截面形状和尺寸可以通过惯性矩来表征，支撑间距则是指支撑点之间的距离。
钢管支撑的刚度可以通过弹性变形来衡量。
根据梁弯曲理论，弯曲刚度与弹性模量、惯性矩和长度有关。
在计算钢管支撑的弯曲刚度时，可以采用梁的弯曲刚度公式：EI=1/2*p*t^3其中，E为钢管的弹性模量，I为钢管的惯性矩，p为弯矩，t为钢管的厚度。
一个简单的钢管支撑的弯曲刚度计算可以通过以下步骤进行：1.确定钢管的截面形状和尺寸。
2.根据钢管的材料特性，确定钢管的弹性模量。
3.根据钢管截面形状和尺寸，计算钢管的惯性矩。
4.根据设计要求，确定钢管支撑的弯矩。
5.根据钢管的厚度，计算钢管支撑的弯曲刚度。
根据计算结果，可以评估钢管支撑的刚度是否满足设计要求。
如果刚度不足，可以通过增加钢管的尺寸或者减小支撑间距来提高刚度。
钢管支撑的稳定性计算是指在受到加载时，钢管是否能够保持稳定的能力。
稳定性计算主要考虑的是钢管支撑在受到压力作用时的稳定性，即屈曲稳定性。
在钢管支撑的稳定性计算中，需要考虑钢管支撑的临界压力，即支撑失稳时的应力状态。
根据欧拉公式和Euler-Bernoulli梁理论，可以得到支撑的临界压力表达式：Pcr = (π^2 * E * I) / (L^2)其中，Pcr为临界压力，E为钢管的弹性模量，I为钢管的惯性矩，L 为支撑长度。
钢管支撑的稳定性评估可以通过以下步骤进行：1.确定钢管的截面形状和尺寸。
2.根据钢管的材料特性，确定钢管的弹性模量。
水利压力涵内衬钢管稳定和结构计算
,
该成果表 明 ,各 工 况下管壁应力 (不 计刚性环作用 )均 满足 允许应力条件
最不利 工况为施 工 灌浆管周无介质 的工 况 ,相 反在外水渗透 时 ,由 于有水泥砂 浆约束 ,管 壁 应 力 很小 。
四、稳定计算 稳定计算 主 要是受外压 的稳定 ,这 里是外渗水压 。
1、
管顶外荷载
1.0×
=0.928(单
2314(1-o.32)
0.o833
位折算 为
cm,
kg/cm2)
/=0,928×
16× 2,l× 1o6×
=859
在外渗 水压
冖 作 尸 ,Py实 际与 Px相 等 ,为 安全 计算 。
昃 考碡 Px=o.5Py
D= Δ 62×
p9? =0.47c″ 6× 0.928(l+862/9)
三、强度计算
a、
荷载 组合 (1),荷 载简 图如下 图
|1
匡
q °
|5
重 自
灌 压 浆 力
(1)灌 浆侧 压力作用下特 征点弯矩 M1(最 大 ),表 ⒉39公 式
帕 =兰
s=号
± 2:::|L￡ [了
TⅡ
÷亓 歹豆
+恧
:呈
早 ;f;+
l-1.2sin2' 5+0.82S
孚 钅 焉
;号;夸;亏 :÷
g口
(即
'=30b
厂 =0,7× 21舾 /〃′
× G,155十
1.155cos300)=31・
68IA「 /昭
2=31,68盱
α
二 、荷载 组合
(1)施 工工况 组合 :荷 载
钢管支撑强度及稳定性验算
钢支撑N=2750KN，L水平向=L竖向＝20.9m钢支撑强度及整体稳定性验算（钢结构设计规范GB50017-2003 5.2）：一、计算参数分项系数γs＝ 1.375初始偏心距e0=0.001*L=0.04m 支撑面均布荷载q0=0.7Kpa 支撑最大轴力标准值Nk=2692KN初始弯矩M0k＝75.7381KN-m 由自重及支撑面均布荷载引起的弯矩，按简支计；最大弯矩Mk=M0k＋Nk*e0=183.4181KN-m稳定系数φ=0.851弯矩作用平面内的轴压构件稳定系数,a类构件截面塑性发展系数γ= 1.15钢管截面钢管外径D=0.609m钢管内径d=0.577m支撑实际长度L=14.8m截面模量W=0.0982*(D4-d4)/D0.004307m3弯矩作用平面内对较大受压纤维的毛截面模量截面惯性矩I=π(D4-d4)/64=0.001311m4截面回转半径i=√(D2+d2)/4=0.209733m 截面积A=π*(D2-d2)/4=0.029807m2参数Nex=π2*EA/(1.1λ2)=11063.97KN OR Nex=π2*EI/[1. 1*(μ*L)2]=弹性模量E= 2.06E+08Kpa Q235钢杆件计算长度修正系数μ=1构件长细比λ=L/i=70.56575等效弯矩系数βmx=1无端弯矩但有横向荷载作用二、钢支撑强度验算f=N/A+M/(γ*W)=175.0974Mpa <[f]=215 Mpa，满足要求其中M=γs*Mk三、钢支撑整体稳定验算1、钢支撑竖向平面内的稳定性验算f1=N/(φ*A)=145.8569Mpa f2=βmx*M/[γ*W*(1-0.8*N/Nex)]=69.52489Mpaf=f1+f2=215.3818Mpa <[f]=215 Mpa，满足要求2、钢支撑竖向平面外的稳定性验算f1=N/(φy*A)=145.8569其中弯矩作用平面外的轴心受压稳定系数φy＝0.851根据L=11m计算。
压力钢管计算
压力钢管计算一、压力钢管简介压力钢管是一种用于输送流体的管道，广泛应用于石油、天然气、水力等领域。
它承受着内部流体的压力，以及外部环境的作用力，因此对其进行合理的计算和设计至关重要。
压力钢管的计算主要包括强度、稳定性和疲劳寿命等方面。
二、压力钢管计算方法1.强度计算压力钢管的强度计算主要依据材料的屈服强度、抗拉强度等性能参数。
计算公式为：σ= P/A其中，σ表示钢管的应力，P表示管道内流体的压力，A表示管道的横截面积。
2.稳定性计算压力钢管的稳定性计算主要考虑管道的弯曲、压缩和拉伸等失稳形式。
稳定性计算公式为：λ= 2π/ω其中，λ表示失稳波长，ω表示钢管的振动频率。
3.疲劳寿命计算压力钢管的疲劳寿命计算主要依据循环应力、疲劳极限等参数。
计算公式为：= Δσ/σ_0其中，N表示疲劳寿命，Δσ表示循环应力变化幅值，σ_0表示钢管的屈服强度。
三、计算实例以一个直径为0.5米、长度为100米的压力钢管为例，材料为Q345，流体压力为10MPa。
1.强度计算σ= 10MPa / (π * (0.5m)^2) = 100000000Pa2.稳定性计算ω= 1 / 2π * f = 1 / 2π * 10Hz = 1.59m/sλ= 2π / ω = 2π / 1.59m/s = 41.4m3.疲劳寿命计算Δσ= 0.5 * σ_0 = 0.5 * 345MPa = 172.5MPa= Δσ / σ_0 = 172.5MPa / 345MPa = 0.5四、注意事项1.压力钢管计算时，应充分考虑管道的材料、尺寸、流体压力等因素。
2.计算过程中，应注意单位的统一。
3.对于复杂工况，可采用数值模拟等方法进行计算。
五、总结压力钢管计算是管道设计的重要环节，通过对强度、稳定性和疲劳寿命的计算，可以确保管道的安全运行。
在实际工程中，应根据具体情况选择合适的计算方法，并结合实际工况进行调整。
Q235钢管支撑强度及稳定性计算
λ (fy/235)1/2= 40.25848
21424.01
′
x
表1 64.00 1319.47 8.14E+05 2.14E+04 1.31 24.84 40.26 295.83 kN mm mm 2 mm 4 mm 3 kN· m mm
========== 中间过程 ==========
= =
Байду номын сангаасEX
==================== 最终结果及结论 ====================
满足强度要求 满足稳定性要求
根据计算出的长细比λ x，查稳定性系数ψ x（《钢规范》129页）
= 钢支撑挠度验算 =
圆周率л = 3.141593 密度 ρ =（kN/m3) 每延米自重 q=(kN) y0=5ql /384EI Ymax=y0/［1-(N/NEX)］ 挠度容许值=L/400
4
78.5 0.10357831 7.88867E-06 9.49315E-06 0.0025
钢管撑的强度及稳定性计算表
========== 输入数据 ==========
外径 D = 壁厚 t = 轴心压力 N = 施工荷载 P = 弹性模量 E = 抗压强度 f = 计算跨度 L = 稳定性系数ψ x = 恒载分项系数γ G= 活载分项系数γ Q= 式5.2.1的压应力σ 1= 式5.2.2的压应力σ 2= 76 6 50 5 210000 235 1.0 0.956 1 1 91.18 101.26 MPa MPa mm mm kN kN Mpa MPa m 内径 d (dd) = 截面面积 A = 惯性距I x = 毛截面抵抗距W nx = 最大弯距M x = 回转半径i x = 长细比λ 欧拉临界力N
水电站压力管设计
一 、压力管水击计算 设计参数：Q=10m 3，s T S 3=，[]MPa 120=σ，4.0=K f ，6.0=f ，3.0=b f 。
1、直接或间接水击判断取在明钢管中水击波的传播速度s m C 1000=。
取i=0.001，b=1.5m ，K=Q/=316.233/m s ，故2.672.671.50.5490.017316.23b nk ==⨯，查表知，03.2, 1.5 3.2 4.8h h m b==⨯= 初估钢管直径由公式VQV Q D 13.1)4(21=⋅=π， 其中s m v 0.5=，,103s m Q = 代入公式计算得：m D 598.1=。
取mm m D 1600.600.1==。
进口底砍取1m ，由初始尺寸可计算[]188(4.80.81)sin 36144.6L m -=---= 则s T CLs 329.010006.14422=<=⨯=，因此，发生的水击为间接水击 2、第一相或极限水击判断 水击常数：0max2h g V C ⨯⨯⨯=ρ一般经验，露天钢管的经济流速为4.0~6.0s m ，取s m v 0.5=0.3858.920.5100020max =⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=h g V C ρ，满负荷运行 10=τ， 则 10.30>=ρτ，因此，压力钢管内将产生极限水击。
3、计算 σ s T gH LV s 29.03858.90.56.1440max =⨯⨯⨯==σ 4、由于钢管内产生的是极限水击，则取34.029.0229.0222=-⨯=-=σσξm ， 则水击压力的升高值m H H m 9.288534.00=⨯=⋅=∆ξ。
5、水击影响下阀门处最大水头：H ∆＝28.9m m H H H p 9.1139.28850=+=∆+=二 、压力钢管计算1、荷载组合选择①：钢管自重分力1A （沿管轴方向）； ②：关闭的阀门及闷头上的力2A ； ③：温度变化时支座对钢管的摩擦力3A ； ④：钢管自重分力4A （沿垂直管轴方向）；⑤：钢管中水重分力5A ； 3、管壁厚计算 []σγδ20DH p ⋅⋅=其中，38.9m KN g ==ργ m H p 9.113= mm D 1600= ， []MPa 120=σ则mm 44.710120260.19.113108.9630=⨯⨯⨯⨯⨯=δ， 0/80046D mm δ≥+= 符合要求。
钢支撑(钢管)强度及稳定性验算
验算 d/t ≤ 100*(235/fy) 刚度验算 Max[λ x,λ y]<[λ ] 验算 N/A+M/γ W ≤ f
满足 满足 满足
构件所属的截面类型 系数α 2 欧拉临界力NEx=π 2EA/(1.1*λ 2 2 2 2 1/2 2 x' )-[(α 2+α 3λ x'+λ x' ) -4λ x' ] }/2λ x' 系数ψ x=1-α 1λ x'2 =1.64-0.23*(d/t)1/4 （d/t>60时） .8N/NEx) (N/mm2) (1-0.8N/NEx) ≤ φ f
向钢斜撑计算
支撑轴心压力N (KN) 最大弯矩Mx (KN· m) 计算长度l0x (mm) 计算长度l0y (mm) 等效弯矩系数β m 支撑面集中荷载p（kN） 截面面积A=π *(d2-d12)/4 (mm2) 截面抵抗矩W=2I/d (mm3) 构件长细比λ x=l0x/i 构件长细比λ y=l0y/i l x sqrt(fy/235) 2034.93 41.78 6800 6800 1.0 4 24328.49 2852661.83 39.7 39.7 58.3
2 x
)(KN)
b类 0.965 2.9E+04 0.865 1.0000 1/2 2 y' )-[(α 2+α 3λ y'+λ y' ) -4λ y' ] }/2λ y' 系数ψ y=1-α 1λ y'2 N/ψ yA+0.7Mx/W (N/mm2) Mx/W ≤ φ f
竖向钢斜撑计算
基本参数 钢管外径d (mm) 管壁厚度t (mm) 钢材抗压强度设计值f (N/mm2) 钢材屈服强度值fy (N/mm2) 钢材弹性模量E (N/mm2) 自重w（kN/m） 500 16.0 300 345 206000.00 2.34
压力钢管计算
压力钢管计算（最新版）目录1.压力钢管的概念与分类2.压力钢管的计算方法3.压力钢管的应用领域4.压力钢管的未来发展趋势正文一、压力钢管的概念与分类压力钢管，顾名思义，是指承受压力的钢管。
它是一种广泛应用于各个行业的重要机械元件，根据材质和承受压力的不同，压力钢管可以分为多种类型，如碳钢管、不锈钢管、合金管等。
二、压力钢管的计算方法在工程应用中，对压力钢管的计算是非常重要的环节，主要包括以下几个方面：1.强度计算：强度是指钢管在承受压力时的最大应力，一般要求不超过材料的许用应力。
强度计算公式为：σ = P/A，其中σ为应力，P为压力，A为面积。
2.稳定性计算：稳定性是指钢管在承受压力时能保持稳定状态的能力。
主要考察钢管在受压过程中的变形情况，如弯曲、扭曲等。
3.疲劳计算：疲劳是指钢管在反复受压的过程中，其强度逐渐降低直至破坏的现象。
疲劳计算需要考虑钢管的材料性能、应力幅值、循环次数等因素。
三、压力钢管的应用领域压力钢管在多个领域都有广泛的应用，如石油化工、核工业、航空航天、建筑工程等。
在这些领域中，压力钢管主要承担流体输送、压力传递、结构支撑等功能。
四、压力钢管的未来发展趋势随着科技的进步和工程需求的不断提高，压力钢管在未来将会有以下发展趋势：1.轻量化：为降低工程成本和提高工程效率，未来压力钢管将向轻量化方向发展，如采用高强度、轻质材料制造。
2.智能化：通过引入智能技术，提高压力钢管的自检测、自修复能力，降低维护成本。
3.绿色环保：压力钢管在制造和使用过程中，将更加注重环保性能，减少对环境的影响。
总之，压力钢管作为一种重要的机械元件，在各个领域都发挥着重要作用。
压力钢管安全鉴定中的强度计算与结构可靠性分析
压力钢管安全鉴定中的强度计算与结构可靠性分析压力钢管是工业中常见的关键设备，广泛应用于石化、天然气、煤气、液化气、供暖管道等行业。
为了确保压力钢管的安全性能，必须进行强度计算和结构可靠性分析。
本文将就这两个方面进行详细介绍。
I. 强度计算压力钢管的强度计算是对其力学和材料特性进行分析，以确定其能够承受的最大压力和弯曲、拉伸、剪切等外力。
强度计算的目的是确保钢管在各种工况下不会发生破坏。
以下是强度计算的步骤和要点：1. 钢管参数确定：首先，需要确定钢管的几何尺寸、壁厚和材料特性。
这些参数将直接影响钢管的强度和受力性能。
2. 内部压力计算：根据管道所承受的内部压力，可以利用公式计算应力。
通过应力和材料特性可以得到内部压力下的强度。
3. 外部荷载计算：钢管在使用过程中还会受到其他外部荷载的作用，如重力荷载、流体冲击等。
这些荷载需要进行合理的计算和分析，以确保钢管在这些荷载下不会产生失稳或破坏。
4. 强度校核：根据所得到的内外荷载对钢管进行强度校核，比较计算结果与设计要求的强度是否符合规定。
如果强度不足，需要采取相应的措施进行加固或选择更合适的材料。
II. 结构可靠性分析除了强度计算外，结构可靠性分析也是压力钢管鉴定的重要内容。
结构的可靠性是指在设计使用条件下，结构能够满足指定的要求和安全系数。
以下是结构可靠性分析的主要步骤和方法：1. 系统可靠性分析：采用系统可靠性理论，对压力钢管系统的可靠性进行评估。
通过构建系统可靠性模型，确定各个组件的失效概率和重要性，以及系统的可靠性指标。
2. 试验数据分析：运用统计学方法，对压力钢管试验数据进行分析和处理。
通过分析试验数据的分布特性和参数估计，可以获得钢管的可靠性分析依据。
3. 灵敏度分析：对于结构可靠性分析的关键参数，进行灵敏度分析。
通过改变参数值，评估其对结构可靠性的影响程度，从而指导设计和加固措施的选择。
4. 不确定性分析：考虑不同参数的不确定性，如材料性能的偏差、荷载的波动等。
水电站建筑物习题及答案
水电站建筑物考试题集一、选择题1.计算调压室稳定断面时，应采用上游水库的(设计洪水位，正常高水位，死水位)，引水隧洞的糙率取(可能最大糙率，可能最小糙率，平均糙率)。
压力钢管的糙率取(可能最大糙率，可能最小糙率，平均糙率)。
2.水电站的事故闸门可在（动水中启闭，静水中启闭，动水中关闭静水中开启）。
3.地下埋管钢衬破坏大都是由于______，防止破坏的有效措施是__________。
(1) a.内压较大，钢衬强度不足。
b.外压失稳。
(2) a.加厚钢衬。
b.加钢性环。
4. 水库、封闭端、阀门的反射系数分别为___、___、__；(a) 0.5 (b) -0.5 (c) +1 (d) -1 (e)对传来的水击波分别做______、________、________ 反射。
(a)异号等值(b) 同号等值(c) 异号减值(d)同号减值(e)根据值确定5. 调压室水位波动的解析法适用于_______调压室,(a) 圆筒式(b)阻抗式(c) 差动式(d) a和b (e) b和c在_________情况(a) 丢弃部分负荷(b) 丢弃全负荷(c) 一台机组投入运行(d) a和b (e) b和c6. 水击计算的计算机方法中，若上游端为一水位不变的水库，其边界条件为______，它与特征方程________联立求解。
A. Hp1=Hp A. Hpi=Cp-BQpi(1) B. Hp1=Hp+△HSinωt (2) B. Hpi=Cp+BQpiC. Hp1=Hs+Qp1(a1+a2Qp1)7. 阀门关闭终了开度为τc，ρτc>1时，水击波在阀门处为_______,•关闭终了后的水击变化曲线为________。
A. 同号等值反射 A. 周期性不衰减振荡B. 同号减值反射 B. 逐渐衰减振荡C. 异号等值反射 C. 水击消失D. 同号减值反射 D. 水击压强逐渐减小E. 不反射8. 求调压室最高涌浪时,上游库水位取________。
外压容器与压杆的稳定计算
06
结论
外压容器与压杆稳定性的重要性
工业应用
外压容器和压杆在工业领域中广泛应用，如压力容器、管道、塔器 等，其稳定性直接关系到工业生产的安全和效率。
结构安全
外压容器与压杆的稳定性是结构安全性的重要指标，一旦失稳，可 能导致设备损坏、泄露或破裂等严重后果。
经济成本
设备损坏和维修将带来巨大的经济成本，而良好的稳定性设计可以降 低这些成本，提高经济效益。
3
压杆如建筑中的钢梁、机械中的传动轴等，在受 到压力时，也需要保证其稳定性，以防止发生弯 曲或折断。
稳定性重要性
稳定性是保证外压容器与压杆安全运 行的关键因素之一，如果稳定性不足 ，可能会导致设备损坏、泄漏、甚至 引发安全事故。
通过对外压容器与压杆的稳定计算， 可以预测其在受到压力时的行为，从 而采取相应的措施来提高其稳定性， 保证设备的安全运行。
欧拉公式与临界力
欧拉公式
描述了细长直杆在轴向压力作用 下发生弯曲失稳的临界压力与材 料弹性模量、截面惯性矩、杆长
之间的关系。
临界力
是指使压杆由稳定平衡状态转变 为不稳定平衡状态的最小压力，
也称为屈曲临界力。
欧拉公式表达式
$P_{cr} = frac{pi^2EI}{L^2}$， 其中 $P_{cr}$ 是临界力，$E$
对未来研究的展望
新型材料
随着新材料的发展，未来研究可以探索如何利用新型材料 提高外压容器与压杆的稳定性。
数值模拟
数值模拟技术在外压容器与压杆的稳定性分析中具有广阔 的应用前景，未来可以进一步发展数值模拟方法，提高预 测精度。
智能化监测
利用物联网和传感器技术实现外压容器与压杆的实时监测， 及时发现潜在的不稳定因素，为预防性维护提供支持。
压力钢管结构计算思路
压力钢管结构计算思路1. 目的与要求通过选定的钢材，根据调保计算成果，按照明管或者埋管计算出钢管壁厚，并校核压力钢管的抗外压稳定。
2. 基本参数a) 水库水位、下游尾水位、水头b) 调保计算成果c) 地质参数d) 计算工况3. 参考资料a) 相关规范、教材b) 《水工设计手册》第七册“水电站建筑物”c) 《水电站坝内埋管设计手册与图集》4. 钢管允许应力a) 基本组合：[σ] =0.67σSΦb) 特殊组合：[σ] =0.9σSΦ5. 明管与埋管判断a) H≥6r（H为隧洞开挖断面上覆岩体厚度，r为隧洞开挖半径）b) q≤r d Hcosα如果满足上述两个条件，那么按照埋管设计，否则，按照明管设计。
6. 明管结构计算6.1 厚度计算按照锅炉公式，即：δ=Pr1/[σ]Φ将其计算结果进位取整，并考虑2mm的锈蚀厚度即可。
6.2 环向膜应力σθ= Pr1/δ≤[σ]7. 埋管厚度计算7.1 厚度计算δ=Pr1/[σ]Φ+100K0（Δ/[σ]Φ-r1/E）7.2 环向膜应力σθ= (Pr1+100K0Δ)/(δ+100 K0 r1/E)≤[σ]8. 外压稳定计算8.1 明管a) 光面管管壁首先按照光面管考虑计算，若与管壁结构厚度满足要求，则无需对钢管采取加劲措施，否则，按照加设加劲环和锚环考虑计算。
P cr=3EJ/r3b) 设加劲环的钢管管壁P cr=Eδ/ (n2-1)(1+n2L2/π2r2)2r+(E/12(1-μ2)(n2-1+(2n2-1-μ)/(1+n2L2/π2r2)) (δ/r1)3n=1.63(D/L)0.5(D/δ)0.258.2 埋管a) 光面管管壁P cr=3440(δ/r1)1.7σS0.25b) 设加劲环的钢管管壁P cr=Eδ/ (n2-1)(1+n2L2/π2r2)2r+(E/12(1-μ2)(n2-1+(2n2-1-μ)/(1+n2L2/π2r2)) (δ/r1)3n=2.74(r/L)0.5(r/δ)0.25c) 加劲环P cr=σS F/r1Ld) 锚环P cr=552σS0.4n0.64(δ/r1) 1.8 (1+nL/2πr) -0.43n=2πr/Lf=L(p0r+αS (1+μ)Δt Eˊδ)/K[σ]9. 钢管简图根据上述计算成果，绘制钢管结构简图。
钢管支撑强度及稳定性验算
注意《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012（《全国规程》）与地方规程输入区别输入围护结构计算软件单根支撑计算轴力标准值《全国规程》4.9.8 L：支撑构件的受压计算长度《全国规程》第3.1.6 作用基本组合的综合分项系数不应小于1.25；对安全等级为一级、二级、三级的支护结构γ0分别不应小于1.1、《全国规程》第4.9.7取（1/1000）L与40mm的较大值，《上海规范》10.2.9.3取（2/1000~3/1000）L与40mm的较大值等于均布面荷载乘以钢管外径，钢支撑施工荷载取值不超过1KN/m《钢结构》4.4.8跨中弯矩：M自重=1/8(g钢*A*L*L）*γ0*γf；M施=1/8*(q0*L*L)*γ0*γf《钢结构》8.2.4-2 跨中最大弯矩M=Me+M0《钢结构》表8.1.1 表3.5.1 当截面板件宽厚比等级满足S3级要求时，按表8.1.1采用根据钢支撑型号填写壁厚16填0.577、壁厚14填0.581、壁厚12填0.585《钢结构》13.1.2 圆管截面的受压构件，其外径与壁厚之比不应超过100（εк）^2《钢结构》8.2.4《钢结构》4.4.8《钢结构》4.4.8《全国规程》4.9.8《全国规程》4.9.14《钢结构》8.2.4-3《钢结构》8.2.1-2《钢结构》3.5.1 其值为235与钢材牌号中屈服点数值的比值的平方根《钢结构》附录D D.0.5-2《钢结构》附录D D.0.5《钢结构》附录D 表D.0.5《钢结构》8.1.1-2 f≤[f]=215MPa，满足要求《钢结构》8.2.4-1 f/[f]≤1.0，满足要求支撑轴力标准值：1，如果是理正计算，则直接输入计算轴力即可，因为理正计算的轴力是支撑间距跨度上的总轴力。
2，如果是启明星计算，则支撑轴力为计算结果乘以支撑间距。
因为启明星计算的轴力是每延米上的轴力。
注：1、蓝色部分-填入2、粉色部分-需与规范确认3、红色部分-计算结果γ0分别不应小于1.1、1.0、0.9：。
带加劲环埋藏式压力钢管的抗外压稳定性分析
Ｂ ｃ ｌ ｇ Ｃａ ａ ｉ ａｙ ｉ ｏ ｍｂ ｄ ｅ ｔ ｅ ｅ ｓｏ ｋ ｗｉ ｔ ｅ ｅ ｎ ｕ ｋｉ ｐ ｃｔ Ａｎ ｌ ｓ ｎ Ｅ ｅ ｄ ｄ Ｓ ｅ ｌ ｎ ｔｃ ｔ Ｓ ｉ ｎ ｒＲｉｇ ｎ ｙ ｓ Ｐ ｈ ｆ
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第２ ２卷
第２ 期
浙江水利水 电专科 学校 学报
ＪＺｅ ａｇＷａ． ｏｓ Ｈ ｄ． ｏｅｅ ．ｈｊｎ ｒＣ ｎ ＆ ｙｒＣｌ ｇ ｉ ｌ
Ｖ０ ． ２ Ｎｏ． １２ ２
２１ ０ ０年 ６月
Ｊ ｎ ２ １ ｕ ．０ Ｏ
带加 劲 环 埋藏 式 压 力钢 管 的抗 外压 稳定 性 分 析
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钢支撑(钢管)强度及稳定性验算
验算 N/A+M/γ W ≤ f
690.00 0.00 12870 12870 1.0
0
11391.41 701813.39
140.3 140.3 140.3 1174691.2 1.7
满足
满足
满足
6418.604651
构件所属的截面类型
系数α 2
欧拉临界力NEx=π
局部稳定系数φ =1 （d/t≤60时）；φ =1.64-0.23*(d/t)1/4 （d/t>60时）
N/ψ xA+β mMx/γ W(1-0.8N/NEx) (N/mm2) 验算 N/ψ xA+β mMx/γ W(1-0.8N/NEx) ≤ φ f
⒉弯矩平面外
不需验算
λ y'=(fy/E)1/2*λ y/π
245 95797528.05
91.70
塑性发展系数γ
1.15
Me（偏心矩）
0
M（计入偏心矩）
0
M0（未计入偏心矩）(=1/8 x w l2)（kNm）
0
局部稳定性验算
径厚比
验算 d/t ≤ 100*(235/f
刚度验算
构件容许长细比[λ ]
150
强度验算
N/A+M/γ W (N/mm2)
60.57
稳定性验算
⒈弯矩平面内
λ x'=(fy/E)1/2*λ x/π 系数α 1
1.509 0.650
系数α 3
0.300
当λ x'＞0.215时，稳定系数ψ x={(α 2+α 3λ x'+λ x'2)-[(α 2+α 3λ x'+λ x'2)2-4λ x'2]1 当λ x'≤0.215时，稳定系数ψ x=1-α 1λ x'2
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压力钢管结构计算和抗外压稳定校核
1.计算原则：
① 钢管结构在弹性状态下工作；
② 除对钢管结构进行强度计算外，还要对钢管进行抗外压稳定校核； ③ 计算中不计地震力及弯段水流的离心力； ④ 钢材为普通碳素钢，即主炉3号镇定钢（A 3）； ⑤ 焊接系数采用0.9，超声波检查率为100%； ⑥ 管壁厚度计算中，钢管允许应力为0.55σs ×75%。
2. 计算工况： （1）计算荷载：
① 2180.0m 正常蓄水位时静水压力；
② 2180.0m 正常蓄水位时机组丢弃全部负荷的正水锤压力; ③ 钢管的自重; ④ 管内的水重; ⑤ 温度荷载;
⑥ 管道放空时通气设备造成的负压。
（2）荷载组合：
工况一：①＋②＋③＋④＋⑤ 工况二：⑥
3. 钢管管壁厚度的计算 ① 管壁厚度按锅炉公式计算：
式中 δ—管壁厚度（mm ）
H —包括水击压力值的设计水头 （m ）；
[]ϕ
σδHD
50=
D —钢管内径（m）；
[σ] —钢材允许应力，[σ]=0.55σs×75% （kg/cm2）,
σs=2400kg/cm2;
φ—接缝坚固系数，φ取0.9。
②由上式计算得到的管壁计算厚度，在满足钢管抗外压稳定的条件下，
再加上2mm的锈蚀及磨损厚度，即为钢管管壁选用厚度。
计算成果见表1.3.2。
钢管管壁厚度计算成果表
表1.3.2
项目管段设计水头
（m）
钢管内径
（mm）
计算壁厚
（mm）
选用壁厚
（mm）
取水口~M段53.088 1500 4.5 14
M~M1段87.287 1500 7.3 14
M1~N1段119.434 1500 10.05 14 N1~机组导叶前120.752 1250 8.5 12 4．管壁抗外压稳定校核
钢管管壁厚度除应满足强度要求外，还需满足稳定性要求，管壁维持
稳定的最小厚度为：
对于φ1500管径对于φ1250管径
130
D
≥
δ
54
.
11
130
1500
14=
≥
=
δ
62
.9
130
1250
12=
≥
=
δ
故壁厚均满足抗外压稳定要求，即钢管在外部压力作用，若管内出现负压也不会失稳。