近年来,随着水电建设的迅猛发展,面对高水头电站的兴建和大容量水轮机组的应用,特别是大量的高水头和大容量的抽水蓄能电站的兴建,压力钢管越来越趋向大型化、巨型化.压力钢管的设计方法及所采用的材料也有了新的突破,尤其是采用钢衬、围岩联合承载的设计理论,使得由内压控制所设计的压力钢管的壁厚趋向薄型化,而薄壳结构有外压作用时往往是由稳定条件控制的,因而开展外压稳定分析是压力钢管设计中必不可少的一部分.压力钢管外压稳定性问题的研究,在国内外一直比较缺乏.由于问题本身的复杂性与影响因素的多样性,很难求得解析解,因而人们不等不将注意力转移到数值解法上,有限元法就是一种有效方法,而如何使所用的单元简单、高效和稳定,则是关键所在.该文采用的半解析有限元法,具有自由度少、精度高、几何形状表示合理且程序实施简便等优点,具有广泛的应用前景.该文采用半解析有限元法建立了压力钢管稳定性分析的半解析有限元模型,解决了压力钢管在外压(如灌浆压力、渗透水压力、真空压力等)作用下的稳定性问题.对压力钢管的整体稳定分析采用了圆柱壳和圆环板组合单元,对于环间管壁的局部稳定性采用了柱壳有限条元,对实际结构进行了良好的模拟,并考虑了结构的几何、物理双重非线性因素的影响,得到了很好的结果.研制出了压力钢管稳定性分析的计算程序,提出了压力钢管稳定性设计方法,为水电站压力钢管稳定性设计的计算计化走出了一条新路.该文首先叙述了压力钢管和稳定性理论的发展概况,提出了压力钢管的外压稳定性问题;论述了国内外压力钢管外压稳定的计算理论和方法及其在应用计算中的缺陷与不足;提出了压力钢管稳定性分析的半解析有限元法,详细叙述了半解析有限元法的基本原理及公式的推导过程;最后研制开发了压力钢管稳定性分析的计算程序,并验证了其合理性与精确性.