31) Выбор толщины стенки магистрального трубопровода.

Как было сказано выше, для подземного магистрального трубопровода в качестве предельного состояния принято условие разрушения материала трубы, характеризуемое расчетным сопротивлением .

Поскольку в стенке трубы возникает двухосное напряженное состояние, характеризуемое кольцевым и продольным напряжениями, максимальные напряжения в условие прочности (8.30) должны определяться по эквивалентным напряжениям.

Согласно СНиП 2.05.06-85 эквивалентные напряжения определяются по IV теории прочности (критерий удельной потенциальной энергии формоизменения – энергетическая теория прочности)

(8.46)

При отсутствии продольных напряжений или в случае, когда знак кольцевых и продольных напряжений совпадает, толщину стенки трубопровода определяют из условия

(8.47)

Подставляя в формулу (8.35) вместо внутреннего диаметра его выражение через наружный диаметр стенки получаем выражение для условия прочности

(8.48)

и формулу для определения толщины стенки трубопровода из расчета по кольцевым напряжениям

. (8.49)

При наличии сжимающих продольных напряжений предельное состояние принимает следующий вид

. (8.50)

Если учесть тот факт, что данное условие выполняется только при отрицательных продольных напряжениях, тогда можно подставить знак минус перед продольными напряжениями и в дальнейшем знак не учитывать.

После этого выполняем ряд алгебраических действий

или

Выражения в скобках есть коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние труб магистрального трубопровода

. (8.51)

Тогда предельное состояние с учетом двухосности напряженного состояния примет следующий вид

, (8.52)

а толщина стенки трубы будет определяться по формуле

. (8.53)

Если необходимо учитывать продольные осевые напряжения , то расчет толщины стенки трубы проводят методом последовательных приближений. Вначале задаются ориентировочным значением толщины стенки , вычисленным только по кольцевым напряжениям, затем с учетом этой величины определяют продольные напряжения , далее коэффициент и толщину стенки . После этого проверяют условие

, (8.54)

где - наперед заданная малая величина, удовлетворяющая точности расчета.

Если условие не выполняется, то расчет повторяют с и т.д., пока не выполнится условие (8.54).

32) Проверка трубопровода на отсутствие пластических деформаций. (Проверка прочности трубопровода.)

После определения толщины стенки и продольных напряжений по формуле (8.41), осуществляют проверку прочности трубопровода по формуле

,

где - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб, при растягивающих осевых продольных напряжениях принимаемый равным единице, при сжимающих определяемый по формуле

(8.55)

.

Если необходимо ограничить (предотвратить) недопустимые пластические деформации подземного и наземного в насыпи трубопровода проверку проводят по второму предельному состоянию, по которому деформации трубы ограничены нормативным пределом текучести . В этом случае проверку проводят по условиям

(8.56)

(8.57)

где – коэффициент условий работы трубопровода;

– коэффициент надежности по назначению;

– нормативное расчетное сопротивление, значение которого равно пределу текучести стали для труб по ГОСТ и ТУ;

=0,9 – коэффициент надежности по материалу (СНиП 2.05.06-85);

- коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб; при растягивающих продольных напряжениях принимаемый равным единице, при сжимающих - определяемый по формуле

(8.58)

где ;

– максимальное суммарное продольное напряжение от нормативных нагрузок и воздействий.

Выполнение этих условий обеспечивает местную устойчивость стенок трубы и не допускает накопление пластических деформаций (обеспечивается долговечность).

Необходимо отметить, что по второму предельному состоянию продольные напряжения определяются с учетом изгиба трубопровода для крайних волокон сечений трубы, исходя из упругой работы металла.

В СНиП 2.05.06-85 приведена формула для определения максимальных продольных напряжений для частного случая упругого изгиба трубы, при воздействии внутреннего давления p и температурного перепада

(8.59)

где – минимальный радиус изгиба оси трубы.

В формуле (8.59) третье слагаемое соответствует выражению для напряжений в поперечном сечении трубы при упругом изгибе (8.10).

33) Продольные перемещения подземного трубопровода.

Подземные магистральные трубопроводы рассчитывают в зависимости от характеристик среды, в которой они находятся при эксплуатации. Эти характеристики определяются на основе инженерных изысканий трассы.