Контрольні питання

1) Якими способами проводиться неруйнівний контроль суцільності металу?

2) Які переваги ультразвукового способу контролю?

3) Які товщиноміри застосовуються для вимірювання товщини металевих виробів та елементів конструкції?

4) З чого складаються ультразвукові товщиноміри?

5) Який принцип роботи ультразвукових товщиномірів?

6) Де вимірюють товщину стінки під час обстеження лінійної частини трубопроводу?

7) З якою метою вимірюють товщину стінки трубопроводу?

8) Як і для чого проводиться калібрування ультразвукових товщиномірів?

9) В чому полягає підготування поверхні зразка до вимірювання його товщини?

Лабораторна робота № 2

Тема: Дослідження взаємодії трубопроводу з ґрунтом при поздовжніх переміщеннях трубопроводу.

Мета: Одержати практичне підтвердження теоретичних положень про взаємодію трубопроводу з ґрунтом при поздовжніх переміщеннях трубопроводу.

Завдання:

- ознайомитись з зв'язками які виникають на контакті труба-ґрунт та залежностями, якими вони описуються;

- ознайомитись з будовою експериментального стенду та методикою проведення експериментальних досліджень;

- експериментально дослідити залежність між граничними дотичними напруженнями на контакті труба-ґрунт, діаметром трубопроводу та нормальним навантаженням на трубопровід.

Основні теоретичні положення

Під час експлуатації трубопроводу його поведінку прогнозувати надзвичайно складно. Положення трубопроводу не залишається назавжди таким, яким воно було у момент його укладання в траншею. Під впливом повздовжніх зусиль, які зумовлені навантаженнями та впливами, воно безперервно змінюється. Причому ці зміни бувають настільки істотні, що можуть призвести до руйнування трубопроводу.

Для визначення положення трубопроводу та діючих в ньому зусиль у будь-який момент часу потрібно мати дані про його початкове положення. Під початковим розуміють будь-яке положення трубопроводу з чітко зафіксованими параметрами: геометричне положення головної осі в просторі, повздовжнє зусилля в стінці труби, температура труб і довкілля, внутрішній тиск, фізико-механічні характеристики ґрунтів, які оточують трубопровід, та їх розподіл вздовж головної осі. Тільки маючи ці дані можна визначити, що відбудеться з трубопроводом в подальшому після початкового моменту часу як в зміні його геометричних характеристик так і напруженого стану. Визначення початкового положення трубопроводу є не менш складна задача ніж знаходження будь-якого іншого положення.

Ч асто за початкове положення трубопроводу приймають положення у момент укладання труб в траншею, іноді – у момент ліквідування технологічних розривів, у момент засипання трубопроводу ґрунтом, у момент введення трубопроводу в експлуатацію тощо. Однак це настільки невизначені положення, що говорити про них, як про чітко зафіксовані положення трубопроводу не можна. Ця обставина ускладнюється ще і тим, що при будівництві трубопроводів, при введенні їх в експлуатацію та при експлуатації не проводиться вимірювання таких найважливіших параметрів, як планове і висотне положення трубопроводу, температура стінки труб при засипанні траншеї, перед випробуванням трубопроводу. Не проводяться регулярні їх вимірювання під час експлуатації трубопроводів. Хоча існуючі прилади і методи геодезичного контролю дозволяють точно і швидко фіксувати положення труб перед засипанням. Також на сьогодні широко впроваджуються Global Position System (GPS) технології, які дозволяють з достатньо високою точністю зафіксувати положення трубопроводу перед засипанням (рисунок 2.1). Датчики, встановлені на трубах хоча б через 0,5-1 км, дадуть можливість вимірювати температуру труб у будь-який момент часу. Не є складним проведення експрес-аналізу через кожні 100-200 м вздовж трубопроводу таких властивостей ґрунтів, як пористість, вологість, несуча здатність.

Рисунок 2.1 – Фіксування положення трубопроводу з допомогою GPS

Весь час експлуатації трубопровід перебуває в нестабілізованому положенні, яке є для нього основним. Взаємозв'язок між усіма характеристиками трубопроводу настільки істотний, що зміна навіть однієї з них приводить до зміни інших.

Повздовжніми називаються переміщення трубопроводу вздовж його повздовжньої осі . Вони мають виключно важливе значення для збереження або зміни його положення відносно початкового.

Процес формування напруженого стану трубопроводу, який визначає його експлуатаційну надійність, розпочинається під час монтажу трубопроводу в нитку і триває протягом усього часу експлуатації. Визначення напруженого стану трубопроводу в цілому не може бути виконано без врахування повздовжніх переміщень, величина яких залежать від зв'язку трубопроводу з ґрунтом. Залежно від пружних властивостей системи "труба-ґрунт" і повздовжніх зусиль при повздовжньому переміщенні трубопроводу на його контакті з ґрунтом може встановлюватись пружній, пружно-пластичний або пластичний зв'язок,

Пружний зв'язок (відрізок ОА на графіку, наведеному на рисунку 2.2) передбачає повернення трубопроводу в початкове положення за рахунок пружних сил на контакті труба-ґрунт після зняття повздовжнього зусилля. Цей зв'язок описується залежністю В.А. Флоріна

, (2.1)

де – інтенсивність дотичних напружень в перерізі х;

– коефіцієнт постелі ґрунту при зсуві (характеризує величину защемлення трубопроводу ґрунтом);

– повздовжні переміщення трубопроводу відносно ґрунту в перерізі х.

Знак "–" вказує на те, що дотичні напруження направлені в протилежну сторону повздовжнім переміщенням трубопроводу.

Крім пружного зв'язку на контакті труба-ґрунт може виникнути пластичний зв'язок між трубопроводом і ґрунтом (відрізок ВС на графіку, наведеному на рисунку 2.2), який не залежить від величини переміщення , а залежить тільки

Рисунок 2.2 – Графік зв'язку на контакті труба – ґрунт

від нормального тиску ґрунту на стінки трубопроводу.

Пластичний зв'язок характеризується тим, що повздовжні переміщення трубопроводу можливі тільки при умові

. (2.2)

При деяких значеннях дотичні напруження досягають свого граничного значення і після цього повздовжні переміщення трубопроводу відбуваються при незмінному значенні дотичних напружень рівному .

Пластичний зв'язок описується залежністю Прандтля – Кулона

, (2.3)

де – граничні дотичні напруження на контакті труба-ґрунт;

– нормальний тиск ґрунту на трубопровід;

– кут внутрішнього тертя ґрунту;

– коефіцієнт зчеплення ґрунту.

Існуючі теоретичні залежності наближені, тому слід експериментально дослідити залежність дотичних напружень на контакті труба ґрунт від фізико-механічних властивостей ґрунту, діаметра трубопроводу і нормального навантаження на трубопровід.