4. Расчет напряженоого состояния трубопровода при изоляционно - укладочных работах

4.1 Расчет наряженного состояния трубопровода при совмещенном способе укладки

При совмещенном способе укладки опорные поверхности начального и конечного участков приподнятого трубопровода находятся на разных уровнях, таким образом, расчетная схема несимметрична.

Исходными данными к расчету являются: вес единицы трубопровода q_тр=q; вес изоляционной и очистной машин G_из и G_оч; высота подъема очистной машины h_оч; высота подъема изоляционной машины h_из; глубина траншеи h_т;

ширина траншеи по дну В; угол внутреннего трения грунта φ_гр; жесткость трубопровода при изгибе ЕI, где Е – модуль упругости; равный для стали 2,1·10⁵МПа; I – осевой момент инерции поперечного сечения трубы.

В расчете сделано сделано следующее допущение: изоляционная машина G_из совмещена с первым краном-трубоукладчиком(или группой трубоукладчиков) К₁, т.е. l_из=0, а высота подъема трубопровода первым трубоукладчиком h₁ равна высоте подъема изоляционной машины (или комбайна) h_из.

Расстояние l₁ определяется уз условия равенства максимального изгибающего момента в пролете и изгибающего момента в точке подъема трубопровода первым трубоукладчиком (или первой группой трубоукладчиков).

(4.1)

Аналогично расстояние l₄:

(4.2)

Наибольшее напряжение, а следовательно, и наиболее нагруженным является пролет l₁, поэтому достаточно проверить трубопровод на прочность в пределах этого пролета. Максимальный изгибающий момент в пролете М₁ и момент в точке подъема трубопровода краном-трубоукладчиком М₁, как отмечалось выше, равны между собой по абсолютной величине.

(4.3)

Условие прочности имеет вид:

(4.4)

Для расчета расстояний l₂ и l₃ необходимо значения комплексов:

1 комплекс -

2 комплекс -

по которым на диаграмме находят соответствующие кривые: для 1комплекса из серии сплошных кривых, для 2 из серии – пунктирных. Точки пресечения сносятся на координатные оси и получают значения параметров α и β.

Расстояния l₂ и l₃ найдем из выражений:

(4.5)

(4.6)

Усилия на крюках трубоукладчиков рассчитываются по формулам:

(4.7)

(4.8)

(4.9)

Реакции и рассчитываются по формулам:

(4.10)

(4.11)

Определив необходимые подъемные усилия, подбираем марку кранов-трубоукладчиков с помощью зависимости:

(4.12)

где - допустимое вертикальное усилие на крюке трубоукладчика;

- коэффициент надежности по грузоподъемности, учитывающий неровный рельеф местности. =0,9.

- номинальный момент устойчивости трубоукладчика, указываемый в паспорте;

- вылет стрелы, является переменным и изменяется от минимального у первого по ходу работ трубоукладчика К_з.

(4.13)

До максимального у последнего трубоукладчика К₁:

(4.14)

Если усилие К₁, К₂ или К₃ превышает К_доп, следует увеличить число трубоукладчиков в группе до двух, а иногда до трех.

Задача №13

Рассчитать напряженное состояние трубопровода при изоляционно – укладочных работах совмещенным методом.

Исходные данные:

Диаметр трубопровода – D_н=1,22м;

Толщина стенки S=10мм;

Внутренний диаметр трубопровода – D_вн=1,2м;

Площадь сечения – F=0,038 м²;

Осевой момент сопротивления – W=11,41*10^-3 м³;

Осевой момент инерции – I=6,959*10^-3 м⁴;

Вес трубы – g_тр=g=2923,4 Н/м²;

Расчетное сопротивление материала труб – k₂=304,3 МПа;

Модуль упругости стали – Е=2,1*10⁵ МПа;

Глубина траншеи - h_тр=2,2 м;

Ширина траншеи по дну – В=1,72 м;

Угол внутреннего трения грунта - 20⁰;

Вес изоляционной машины - G_из =58 кН;

Вес очистной машины – G_оч=69,3 кН;

Высота подъема изоляционной машины – h_из=3 м;

Высота подъема очистной машины – h_оч=1,6 м.

Решение :

1. Определим значения комплексов:

1 комплекс – 0,164·1,6/3,0=0,09

2 комплекс – 0,164·(1,6+2,22)/3,0=,21

2. Соответствующие им значения коэффициентов α и β определяем по диаграмме в двух точках пересечения:

1 вариант: α=1,43; β=1,92

2 вариант: α=1,55; β=2,28

3. Дальнейший расчет производим по первому варианту. Расстояния l₁, l₂, l₃, l₄ рассчитаем по формулам (4.1), (4.2), (4.5), (4.6):

4. Изгибающий момент по формуле (4.3):

М₁= - 1,85 МН/м

5. Условие прочности по формуле (4.4):

М₁≤R₂·W=304,3·11,41·10^-3=3,47 MH·м

1,85≤3,47

-1,85≤3,47

Как видно, моменты М_х и М₁ условию прочности удовлетворяют.

6. Усилие на крюках трубоукладчика определим, используя зависимости (4.7), (4.8), (4.9):

7. Реакции R₀ и R_A по формулам (4.10), (4.11):

8. Вылет стрелы а_min и а_max по формулам (4.13), (4.14)

9. Используя для работы в изоляционно – укладочной колонне краны – трубоукладчики ТГ – 321 с моментом устойчивости М_уст=800 кНм и номинальной грузоподъемностью 320 кН.

Допускаемое вертикальное усилие по формуле (4.12):

Сопоставив величину К_доп со значениями К₁, К₂, и К₃ видим, что одного крана – трубоукладчина ТГ – 321 хватает на выполнение обьема работ, а их общее число в колонне составит 3 единицы.