管道与储罐强度作业-13-1

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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、426×7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：环向应力轴向应力（取泊松系数0.3，弹性模量208GPa，线胀系数1.2×10-5）（2）设a=3m，b=8m，H=3m。①固定支墩的受力平衡计算管道直径D=0.426m，管道壁厚δ=0.007m，设计压力p=6.27MPa，最高运行温度与安装温度之差Δt=55˚C，弹性模量E=210GPa，线

2、膨胀系数α=1.2×10-5管道作用在支墩上的推力P为：支墩与土壤间的摩擦系数μ=0.5，取土壤类型为很湿的密实的中砂，故土壤密度ρso=2.0×103kg·m-3，土壤内摩擦角ψ=30˚，支墩材料密度ρo=2.4×103kg·m-3，墩顶埋土高度H0=1.2m，重力加速度g=9.8m/s2。安全系数K=1.2，折减系数=1/3，，满足支墩受力平衡的校核条件。②支墩的颠覆作用抗颠覆的反向力矩为：促使支墩倾覆的力矩为：安全系数K=1.2。满足条件。③地耐压计算垂直作用在地基上的总载荷GB为：偏心距e为：故：满足校核条件，不满足校核条件。第

3、二次作业：1、1016×14.6输油管道，管材X70，设计压力10MPa，试校核下列情况的管道强度：（1）温度变化55˚C；（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δ=0.0146m，规定最低屈服强度，设计压力P=10MPa，温度变化Δt=55˚C，输油管道设计系数F=0.72。环向应力为：轴向应力为：上式中：管材泊松系数ν=0.3，弹性模量E=210GPa，管材热膨胀系数α=1.2×10-5。最大剪应力为：故管道强度符合校核条件。（2）弯曲管段轴向力为：当取压应力时为最不利情况，按最

4、大剪应力屈服条件校核管道不满足强度条件。2、1016×20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δ=0.02m，弯管曲率半径R=40D，管材泊松系数ν=0.3，弯管特征系数λ为：当λ〉1.65时，弯管柔性系数K=1。3、426×7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δ=0.007m，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。管道

5、弯曲应力为：管道弯曲部分的曲率半径R为：（1）由于管道下沉而产生的联合轴向应力为：（2）按照校核条件：（3）联立以上（1）（2）（3）式可得：解得：，取l=221m故需要开挖管段长度为221m。第三次作业：1、426×7管道，管材x52，坡度3度，试按强度和刚度条件（反坡和不反坡），确定其跨度。解：已知：管径D=0.426m，管径D=0.426m，壁厚δ=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β=3˚，tanβ=0.052。（1）按照强度条件确定管道的跨度许用应力为：不考虑内压引起的

6、的轴向力，许用外载综合应力为：管道单位自重qz为：管道单位保温层重qw为：(保温层厚度d=50mm)管道单位充水重量qv为：管道单位长的荷重q为：管道中间梁的允许跨度为：（η=0.8，Z为截面系数）（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：根据公式可得出下列方程组：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。A.不允许反坡按照连续敷设的水平

7、直管，最大允许跨度l为：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ν=9.3×10-7m2·s-1，雷诺数Re为：查表得故：动水作用力系数为0.7。