1.工作应力的确定和允许最高工作应力
1）工作应力
用于确定承压构件工作截面强度尺寸的应力，都为承压构件在荷载作用下的工作应力。确定管道、管体件在工作状态下工作应力的方法很多，但由无力矩薄膜理论导出的应力计算公式得到广泛的应用。式（4—87）是在受内在作用的薄膜壳体上取微元体作力平衡分析后导出的拉普拉斯方程式，它表达了壳体任意点处的应力与内压力和所在点的径向和纬向曲率半径之间的关系，它是薄壁内压壳体应力计算的基础：
式中 σ1—给定点处的径向应力，Pa；
σ2—给定点处的纬向应力，Pa；
R1—给定点处的径向曲率半径，m；
R2—给定点处的纬向曲率半径，m；
p—内压力，Pa；
s—膜厚度，m。
薄膜理论认为，在内压作用下的薄膜壳体只承受有由内压引起的拉伸应力，不受弯矩的作用，不存在弯曲应力，上述方程应用于圆筒形承压构件时，R1无限大，R2=0.5 D，方程可转换为：
应用于球形壳体时，R1=R2=0.5 D，σ1=σ2，上述方程可转换为：
2）管道、管件工作截面上的最高允许工作应力
（1）有关强度理论
目前存在四种关于承载金属构件强度失效的理论，可以用来确定由不同性质的金属材料制成的构件在承载时允许的最高工作应力。
① 最大拉伸应力理论（第一强度理论）
该理论认为承载构件工作截面上的最大拉应力达到金属材料在简单拉伸中的强度极限σB时承载结构会受到破坏，相应的强度条件为σ≤σB/nB，nB是相对于σB的安全系数。
② 最大应变理论（第二强度理论）
认为金属材料在工作中产生的最大拉伸应变量达到简单拉伸中的极限应力所对应的应变值时承载构件会受到破坏，应以
作为强度条件。显然，这一理论只适用于在轴向拉伸中直到断裂其变形都符合虎克定律的脆性金属材料。
③ 最大剪应力理论（第三强度理论）
认为承载构件工作截面上的最大剪应力达到金属材料在简单拉伸中开始流动时的最大剪应力时会受到破坏，要求以
作为强度条件。
④ 形变比能理论（第四强度理论）
认为金属材料的形变比能达到金属材料在简单拉伸中发生流动时的变形比能时承压构件会受到破坏，相应的强度条件是：
以上的σB、σs、μ、nB和ns，分别是金属材料的强度极限、屈服极限、泊松比、对强度极限的安全系数和对屈服极限的安全系数。σ1～3是按σ1＞σ2＞σ3 的顺序排列的。
（2）强度条件的应用和最高允许工作压力的表示方法
地面集输用管道和管件目前普遍采用塑性良好的钢材制作。这类材料的强度失效试验表明，第三和第四强度理论比第一和第二强度理论理更接近实际失效情况，因而在强度计算中得到更多的应用。国内外石油、天然气输送管道的强度计算，大多以第三强度理论作为依据。
将金属材料强度极限σB和屈服极限σs除以安全系数nB或ns（n＞1），或将σB，σs乘以应力折减系数F（F＜1），是金属承载结构强度计算中常用的两种许用应力表达方式，气田地面集输管道强度计算常采用后一种。一般取F=0.5～0.6，站内的管道和穿跨越江河、公路、铁路的管段取F=0.5，野外露天埋地设置的地面集输管道取F=0.6。这相当于以σs为基准取ns=1.67～1.72，与钢制压力容器设计中对在常温下工作的金属材料取ns=1.6 的规定基本相当而又使许用应力比钢制压力容器偏低，这是符合气田地面集输中输送工作条件差、事故时危害作用大的实际情况和安全需要的。(www.xing528.com)
2.管道的强度计算
1）几种内压圆筒壁厚计算公式
（1）国家标准《钢制压力容器》（GB150—1998）中规定的内压圆筒壁厚计算公式
式中 s—壁厚，mm；
Dm—钢管壁的平均直径，mm；
p—内压力，MPa；
σs—钢管金属材料的屈服极限，MPa；
F—设计系数，F＜1；
φ—焊接钢管的焊接系数；
C1—钢管的壁厚负偏差量，mm；
C2—腐蚀裕量，mm。
（2）以内压圆筒形薄膜理论的应力表达式和第三强度理论条件表达式为依据导出的内压圆筒壁厚计算公式
式中 DH—圆筒外径，mm。
其余符号的含义和单位与式（4—90）中的说明相同。
（3）内压圆筒壁厚计算公式
式中 DB—圆筒内径，mm。
（4）以圆筒壁截面上各点处的主应力平均值和第三强度理论的强度条件表达式为依据导出的内压圆筒壁厚表达式
（5）考虑圆筒壁径向各点处的应力不均匀性，以圆筒内表面的各向主应力和第四强度理论的强度条件表达式为依据导出的内压圆筒壁厚计算公式
式中适应的压力范围是有限的，当p大于0.557Fφσs时不再适用。
3.弯管的强度计算
弯管承受内压作用所需的最小壁厚按下式计算：
式中 s—弯管任意点处最小壁厚，mm；
DH—弯管的外径，mm；
R—弯管的曲率半径，mm。
其余符号的含义和单位与式（4—90）中的说明相同。F值与钢管强度计算中的取值方法相同。
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