当管径较大时按式(4-36)求出的管壁厚度会太大(可能无法加工),因此可采用在管壁上增加加劲环的方式作为提高管壁刚度的措施(这样,不但可以增加其抗外压稳定性,也可降低生产难度并降低造价,因而比增加管壁厚度更经济)。

(1)加劲环之间的管壁临界外压力计算加劲环的刚度应足够大以确保在设计外压下不失稳。管壁由于受到加劲环的约束,其变形与光滑管不相同(其变形形态见图4-26),其变形的特点是发生多波屈曲。发生多波屈曲所需的外压力比发生双波屈曲的外压力要大(但这与加劲环的间距有关),当加劲环间距较小时其间的光滑部分会与加劲环一同变形(管壁的临界压力即加劲环的临界压力),当加劲环的间距较大时(假设加劲环的刚度足够大且不会失稳),则两个加劲环的中间光滑部分的临界外压力为

图4-26　有加劲环的钢管管壁屈曲波形示意

式中,n为相应于最小临界压力的屈曲波数,可用式(4-38)估算;l为加劲环间距。屈曲波数n应为整数(但求出的n不一定是整数,故需对其取整。因此,按上述公式计算时应首先求出屈曲波数n并取整,然后用n、n-1、n+1三个数分别带入上面的公式中求出的最小值就是临界荷载)。各个符号的单位同前。由于利用式(4-36)和式(4-37)计算临界压力非常繁琐,因此人们通常也喜欢用查图表的方法求临界压力(所用图表是根据上述公式绘制而成的,见图4-27)。

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图4-27　加劲环间管壁屈曲压力计算曲线

图4-28　加劲环有效断面

(2)加劲环断面的临界外压力计算　加劲环两侧附近的管壁与加劲环一起变形(这一部分的长度为l′=0.78),加劲环有效断面见图4-28。加劲环断面的外压稳定计算可按照光滑管的公式进行(但是等式右边应该除以加劲环的间距l,其他参数则应用加劲环有效断面计算),即

式中,J为计算断面对自身中和轴的惯性矩;Rk为加劲环有效断面中心半径。