1、管道与储罐强度作业答案（ 2007-2008 学年第二学期）第一次作业：1、4267 管道，设计压力 6.27MPa，最高运行温度与安装温度之差为 55。试计算：（1）管道中的环向应力和轴向应力；（2）设计固定墩。解：（1）环向应力和轴向应力计算如下：环向应力 6.274190.8hpDMPa轴向应力（取泊松系数 0.3，弹性模量 208GPa，线胀系数 1.210-5）35.03.281.4227apEt Pa （2）设 a=3m，b=8m，H=3m。 固定支墩的受力平衡计算管道直径 D = 0.426m，管道壁厚 = 0.007m ，设计压力 p = 6.27MPa，最高运行温度与安装温度
2、之差 t = 55C，弹性模量 E = 210GPa，线膨胀系数 = 1.210-5管道作用在支墩上的推力 P 为： 6pA( D1.50N422E-napdad+t)(0.t)支墩与土壤间的摩擦系数 = 0.5，取土壤类型为很湿的密实的中砂，故土壤密度 so = 2.0103kgm-3，土壤内摩擦角 = 30 ，支墩材料密度 o = 2.4103kgm-3，墩顶埋土高度 H0 =1.2m，重力加速度 g = 9.8m/s2。 20026 ()(45)1()4523.5osoosoTHabHtgbtNjr+rr+-jj-=安全系数 K = 1.2，折减系数 = 1/3，f651.2.50.21
3、3Pf，满足支墩受力平衡的校核条件。T 支墩的颠覆作用抗颠覆的反向力矩为： 60()9.0321NsoobHagmr+r=促使支墩倾覆的力矩为： 661.54.5P=8K安全系数 K = 1.2。满足条件。0()2soobHagPHr+r地耐压计算垂直作用在地基上的总载荷 GB 为： 60()2.5810NBsooGHabg=r+r=偏心距 e 为： 2.19BPm故： 5 4max min66().4310(1).081BGGeePaPababs=+s=-满足校核条件， 不满足校核条件。045Pi第二次作业：1、101614.6 输油管道，管材 X70，设计压力 10MPa，试校核下列情况的
4、管道强度：（1）温度变化 55C；（2）曲率半径 1000D 的弯曲管段（不考虑温度） 。解：（1）已知：管径 D = 1.016m，壁厚 = 0.0146m ，规定最低屈服强度 ，485sMPa设计压力 P = 10MPa，温度变化 t = 55C，输油管道设计系数 F = 0.72。环向应力 为：h347.95MPaF349.2s2Pa轴向应力 为：a D34.2a2ta上式中：管材泊松系数 = 0.3，弹性模量 E = 210GPa，管材热膨胀系数 = 1.210-5。最大剪应力 为：eq Pa0.9436.5MPahas故管道强度符合校核条件。（2）弯曲管段轴向力 为：a 1052ED
5、PaaR当取压应力时为最不利情况，按最大剪应力屈服条件校核 347.9()4.9.436.5eqhaMMPas 管道不满足强度条件。2、101620 弯管，弯管曲率半径 R = 40D，求弯管柔性系数。解：已知：管径 D = 1.016m，管道半径 r = 0.508m，壁厚 = 0.02m，弯管曲率半径 R = 40D，管材泊松系数 = 0.3，弯管特征系数 为： 23.15.6r当 1.65 时，弯管柔性系数 K = 1。3、4267 管道，设计压力 6.27MPa，因与新建铁路交叉，需要下沉 5m，试给出需要开挖管道的长度。解：已知：管径 D = 0.426m，壁厚 = 0.007m ，
6、设计压力 P = 6.27MPa，下沉距离 h = 5m，设管材为 X70，查表知 ，弹性模量 E = 210GPa。485sMPa管道弯曲应力 为：b 2bDR管道弯曲部分的曲率半径 R 为：（1）124hl由于管道下沉而产生的联合轴向应力 为：总（2）28E3DRhl2总按照校核条件：（3）0.946.5sMPa总联立以上（1） （2） （3）式可得： 3 32210.468521046.5ll4291309.4.10ll解得： ，取 l = 221m2故需要开挖管段长度为 221m。第三次作业：1、4267 管道，管材 x52，坡度 3 度，试按强度和刚度条件（反坡和不反坡） ，确定其跨
7、度。解：已知：管径 D = 0.426m，管径 D = 0.426m，壁厚 = 0.007m ，取设计压力 p = 6.27MPa，设计系数 K = 0.72，管材为 X52，查表知 ，坡度 = 3，tan= 58sMPa0.052。（1）按照强度条件确定管道的跨度许用应力为： sPa不考虑内压引起的的轴向力，许用外载综合应力为： 2()1.PabpD管道单位自重 qz 为： 1g2Nm管道单位保温层重 qw 为：(保温层厚度 d = 50mm)1wDdq保管道单位充水重量 qv 为： 1g2Nm水管道单位长的荷重 q 为： 1)zwvq管道中间梁的允许跨度为：（= 0.8，Z 为截面系数）2
8、15154l 3bbDZmqq中 跨（1）按照刚度条件确定管道的跨度A. 允许反坡已知：弹性模量 E = 210GPa， x 为管道低支座到管子最大挠度处的距离，q 为管道单位长度荷重。管子的刚度 EI 为： 447D).2510Pam6EI 根据公式可得出下列方程组： 432140EIxIxql IDx带入数值可得：x = 18.559，l = 57.183故：管道低支座到管子最大挠度处的距离为 18.559m，允许的跨度值为 57.183m。B. 不允许反坡按照连续敷设的水平直管，最大允许跨度 l 为：350.1EIlq综上所述：按照强度和刚度条件计算跨度，最后选取两者中的较小者，即最终跨度取值为 34m。2、管道直径 D = 660mm，水粒子合成速度 0.3m/s，试确定动水作用力系数。解：已知：管径 D = 0.66m，水平粒子速度 ve = 0.3m/s，液体运动粘度 = 9.310 -7m2s-1，雷诺数 Re 为： 570.36Re2.109D查表得 55.1.3.3.83010DC2.M5L5Re.101.2.70故：动水作用力系数为 0.7。
