7.4 Стійкість підводних трубопроводів

Під стійким станом підводного трубопроводу розуміють такий стан, при якому він буде знаходитись у стані спокою при найбільш невигідній комбінації силових виливів, які намагаються вивести його зі стану рівноваги.

Такими силами та виливами є: виштовхувальна сила, що визначається за законом Архімеда; вертикальна і горизонтальна складова гідродинамічного впливу потоку, змінний гідродинамічний вплив, сила пружності трубопроводу, стискальне чи розтягувальне поздовжнє зусилля, що виникає при протягуванні трубопроводу, або внаслідок зміни його температурного режиму та внутрішнього тиску.

Умова стійкості підводних трубопроводів на переходах через водні перешкоди має вигляд

, (7.9)

де Б − необхідне привантаження; − коефіцієнт надійності при розрахунку стійкості положення трубопроводу проти всплиття, приймається рівним для водних перешкод з шириною дзеркала води в межень до 200 м, умовним діаметром менше 1000 мм – 1,1; для інших водних перешкод (ріки) – 1,15; − розрахункова виштовхувальна сила води, що діє на трубопровід (з врахуванням ізоляції та футерування); Б_г – додаткове привантаження для компенсації горизонтальної складової гідродинамічного впливу потоку Р_х; Б_в – додаткове привантаження для компенсації вертикальної складової гідродинамічного впливу потоку Р_у; Б_згн – додаткове навантаження, необхідне для згину трубопроводу за допомогою кривого дна траншеї; Б_пр.с – додаткове навантаження, необхідне для запобігання піднімання трубопроводу на криволінійній дільниці у вертикальній площині під дією поздовжніх сил; – вага одиниці довжини трубопроводу; – розрахункова вага продукту, ізоляції і футерування.

Виштовхувальну силу води визначають за формулою

, (7.10)

де Д_mр − зовнішній діаметр спорудженого трубопровода; – об’ємна вага води.

Додаткове привантаження, необхідне для компенсації горизонтальної складової гідродинамічного впливу потоку Р_х розраховують за формулою

, (7.11)

де − коефіцієнт тертя трубопроводу об ґрунт; для трубопроводу з суцільним футеруванням, приймається в залежності від характеристик ґрунту у наступних межах:

• зруйнована скала, скальні ґрунти – 0,65;

• піски крупні і гравійні – 0,55;

• піски дрібні і супісі – 0,45;

• глинисті ґрунти та суглинки – 0,4;

С_х − коефіцієнт фронтального опору, що залежить від параметра

, (7.12)

Тут − середня швидкість потоку, що набігає на трубу; − зовнішній діаметр трубопроводу з врахуванням ізоляції і футерування; , − відповідно товщина ізоляції і футерування; v − кінематичний коефіцієнт в’язкості, при 20 ºС для води ; − прискорення вільного падіння; при <10⁵ С_х=1,2, при R_с=10⁵÷10⁷ С_х=1,0;Б_В − додаткове привантаження, необхідне для додаткової компенсації вертикальної складової гідродинамічного впливу потоку.

Значення Б_В визначають за формулою

, (7.13)

де − коефіцієнт піднімальної сили при несиметричному обтіканні труби, С_у=0,55;

Сумарну величину Б_згн + Б_пр.с знаходять за наступною залежністю [2]:

, (7.14)

де Т_р − розрахункове тягове зусилля при протягуванні трубопроводу; ЕІ − жорсткість трубопроводу при згині; l_кр,, f − відповідно довжина і стрілка прогину криволінійної ділянки, що відповідають фактичним даним профілю переходу.