0. 6 Примеры решения контрольных задач

ЗАДАЧА 1

Дано: СИ

D = 1020 мм	1,020 м
L = 35 км	35 · 103 м

Трубопровод проложен в грунте типа суглинок.

Определяется объем земляных работ при разработке траншей с откосами

V = (В₂ · Н + п · Н²)  L, м³,

где В₁ – ширина траншеи по верху, м;

В₂ - ширина траншеи по низу, м. Ширина траншеи по низу при диаметре трубопровода 1020 мм В₂ = 1,5D, м, т.е.

В₂ = 1,5 · 1,020 = 1,53 м.

L - длина траншеи, м;

Н - глубина траншеи, м. Глубина траншеи при диаметре трубопровода 1020 мм Н = D + 1, м.

Н = 1,020 + 1 = 2,02 м.

п - коэффициент откоса (табл. 2). п = 1:0,5,

V = (1,53 · 2,02 + · 2,02²)  35·10³ = 285631,1 м³

ЗАДАНИЕ 2:

Дано: СИ

D = 1020 мм	1,020 м
L = 135 км	135 · 103 м
δ = 11,5 мм	0,0115 м

Выбирается изоляционное покрытие типа ПЭЛ (табл. 3). Изоляционное покрытие двухслойное.

Расчет расхода полимерных лент для изоляции строящегося трубопровода

1.Определяется расход полимерных лент и рулонных материалов для защитной обертки

G = k_н  k_п  π  D  L  P, кг

где k_н – коэффициент, учитывающий величину нахлеста;

при двухслойной изоляции k_н = 2,30 ([6], стр.299)

k_п - коэффициент, учитывающий потери изоляционной ленты или оберточного материала при смене рулонов, обрывах, торцовке и т.п.; k_п = 1,08;

D – наружный диаметр изолируемого трубопровода, м.;

L - длина изолируемого трубопровода, м.;

P – масса 1 м² ленты или оберточного материала (табл. 3), Р = 0,33 кг

G = 2,3 1,08  3,14  1,020  135·10³  0,33 = 354428,9 кг

2. Определяется площадь поверхности ленты или оберточного материала на трубе

м²,

где В – ширина рулонного материала, м.; (табл 3). В = (100-500) мм. Выбирается В = 0,4 м.

п – ширина нахлеста, м. ([6]. с. 320). При двухслойном покрытии ширина нахлеста составляет 50% от ширины ленты плюс 3 см., т.е

п = 0,2 + 0,03 = 0,23 м

м²,

Расстановка групп трубоукладчиков в изоляционно-укладочной колонне

Расстановка групп трубоукладчиков в изоляционно-укладочной колонне

При укладке трубопровода в траншею увеличенной глубины расстановку групп трубоукладчиков в изоляционно-укладочной колонне (при совмещенном способе производства работ) осуществляют с использованием диаграммы, представленной на рис. 5.

1. Определяется масса единицы длины трубопровода

q = π  D  δ  γ_ст, кг.

где D – условный диаметр трубопровода, см.; D = 100 см.

δ – толщина стенки трубопровода, см.; δ = 1,15 см.

γ_ст – плотность стали, кг/см³, принимается γ_ст = 0,0078 кг/см³.

q = 3,14  100  1,15  0,0078 = 2,82 кг.

Выбирается для опускания трубопровода в траншею трубоукладчик типа Т-1530В (ТГ-201),

2. Задаваясь технологической высотой подъема трубопровода в местах расположения очистной машины h_оч (относительно поверхности строительной полосы) и изоляционной машины h_из (относительно дна траншеи), исходя из конкретных условий трассы, определяются значения комплексов

Ι комплекс – ;

ΙΙ комплекс – .

где h_т – глубина траншеи, см;

Глубина траншеи составляет Н = D + 100 = 102 + 100 = 202 см

Ι комплекс – ;

ΙΙ комплекс – .

По диаграмме по цифровым значениям комплексов находят соответствующие овальные кривые:

Для Ι комплекса из серии сплошных кривых, для ΙΙ комплекса – из серии пунктирных.

Точки пересечения кривых сносят на координатные оси и получают значения параметров

α и β.

Получают две точки пересечения, что соответствует двум вариантам расстановки трубоукладчиков.

Для Ι варианта α = 1,44 и β = 1,82

для ΙΙ варианта α = 1,74 и β = 2,48

3. Расчет ведется по двум вариантам, а на заключительном этапе выбирается приемлемый.

Определяются расстояния l₁ и l₂, l₃, l₄

м

м

м

м

где ЕI – жесткость трубопровода на изгиб;

Е – модуль упругости, МПа. Для стали Е = 2,110⁵ МПа;

I – момент инерции сечения трубопровода,

, м⁴

м⁴

Вариант 1

м

м

м

м

4. Определяются нагрузки на группы трубоукладчиков для 1 варианта

кН

кН

кН

Вариант 2

м

м

м

м

Определяются нагрузки на группы трубоукладчиков для 2 варианта

кН

кН

кН

где G_оч и G_из - масса очистной и изоляционных машин соответственно; ([7], стр. 115, табл.24)

I, II, III – индексы, обозначающие порядковый номер группы трубоукладчиков по ходу колонны.

Используя для работы в изоляционно-укладочной колонне краны-трубоукладчики ТГ 502 с моментом устойчивости М_у = 420 кН.· м и максимальной грузоподъемностью 150 кН ([7], стр.113, табл.23).

Определяется допускаемое вертикальное усилие

где К_доп – допускаемое вертикальное усилие на крюке трубоукладчика, кН;

k_н.ч. – коэффициент надежности по грузоподъемности, учитывающий неровный рельеф местности, k_н.ч. = 0,9;

М_у – номинальный момент устойчивости трубоукладчика, указываемый в паспорте, ([7], стр.113, табл.23).

а – вылет стрелы, является переменным и изменяется от минимального у первого по ходу работ трубоукладчика К₃

м

до максимального у последнего трубоукладчика К₁.

Для трубоукладчика а = 5 м ([7], стр.113, табл.23).

кН

Сравнивая результаты К₁, К₂, К₃ и К_доп делается вывод. Для расстановки выбирается 1 вариант. В первой группе трубоукладчиков 2, во второй – 3, в третьей - 2

ЗАДАЧА 3:

Дано: СИ

D = 720 мм	0,72 м
l = 200 м	200 м
δ = 12 мм	0,012 м

При расчете отрицательной плавучести должно быть выполнено условие

Б  Б_i,

где Б_i - необходимые нормативные пригрузки;

Б_i = п_i  Бф_i,

где п_i – коэффициент перегрузки;

Бф_i – фактические нагрузки, которые определяются по следующим формулам.

1. Определяются пригрузки для компенсации взвешивающего усилия

где n_В – коэффициент, учитывающий возможное увеличение объемной массы воды в паводок, при засыпке и т.п.

n_В = 1.1;

ρ_В – плотность воды с учетом взвешенных частиц грунта, кг/м³;

V - объем воды, вытесненной 1 м. длины трубопровода, м³:

g – ускорение силы тяжести, м/с².

Н (492 кгс)

3. Определяется пригрузка для компенсации гидродинамических воздействий

Согласно СНиП II Д. 10-62 гидродинамические воздействия на трубопровод определяются по формуле

Н (кгс),

Н (0,6 кгс),

где  - средняя скорость течения потока, м/с. Принимается  = 0,5 м/с;

D – проекция 1 м. длины трубопровода на плоскость, перпендикулярную вектору скорости потока, м².

Дополнительная пригрузка для обеспечения устойчивости на сдвиг

Н (кгс).

Н (2 кгс).

3. Определяется дополнительная пригрузка на упругий изгиб трубопровода в соответствии с проектным профилем:

а) если рассматривать трубопровод как балку с одним защемленным и одним опертым концами, то упругий изгиб трубы определяется по формуле:

Н (кгс);

б) с обоими защемленными концами

Н (кгс);

в) с обоими шарнирно опертыми концами

Н (кгс);

где f – стрела прогиба, м. Принимается f = 1,6 м.

Е – модуль упругости материала трубы, Н/м³ (кгс/см²); Е = 2,06·10¹¹ Н/м²

G = 1 666 649 см⁴

l – длина криволинейного участка траншеи, м.

Н (41,7 кгс);

Определяется суммарный вес пригрузки

Б  Б_i = (Б_А – g) + Б_В + Б_Г + Б_изг,

где g – масса 1 м. длины трубопровода в воздухе, кг.

Б  Б_i = (4827 – 2060) + 6 + 20 + 417 = 3210 Н (327 кгс)

Сила веса пригрузки на весь трубопровод составит

G_гр = Б  L, Н (кгс).

G_гр = 3210  200 = 642 000 Н (65 510 кгс).

Определяется количество грузов, устанавливаемых на трубопроводе

где g_гр – масса одного груза, Н (кгс). Принимается g_гр = 4900 Н (500 кгс)

. т.е. п = 131.

Определяется расстояние между грузами

м

м

По предельному сопротивлению на сдвиг по грунту определяется тяговое усилие протаскиваемого трубопровода

Т_гр = k_т G_гр f, Н (кгс),

где k_т – коэффициент трогания с места, k_т = 2,0;

f - коэффициент трения скольжения, f = 0,6 – 1,0.

G_гр – сила веса пригрузки. Равна G_гр= g_гр L

Т_гр = 2,0  (642 000 +2060 · 200)  1 = 2 108 000 Н (214 880 кгс),

Определяется разрывное усилие

R_н = Т_гр k, Н (кгс),

где k – коэффициент прочности, k = 4.

R_н = 2 108 000 4 = 8 432 000 Н (859 530 кгс),

Согласно ГОСТ 3071-55 принимается количество канатов и приводится их техническая характеристика.

Но так как с таким канатом выполнять такелажные работы тяжело, уменьшаем тяговое усилие, применяя тележки узкой колеи или роликовые опоры.

Тяговое усилие при протаскивании на тележках составят:

Т_ук = k (Т₁ + Т₂ + Т₃) + Т₄, Н (кгс),

где Т₁ – сила трения качения колес тележки по рельсам:

Н, (кгс)

где g_п – масса 1 м длины протаскиваемого трубопровода, Н (кгс);

g_т - масса тележки на 1 м длины трубопровода, Н (кгс);

r_к - радиус колеса тележки, м;

f₁ - коэффициент трения качения колес тележки по рельсам;

f₁ = 0,12 ([3], с.319)

Н, (512 кгс)

Т₂ – сила трения в подшипниках осей тележки, Н (кгс);

Н (кгс)

где f₂ – коэффициент трения скольжения осей в подшипниках;

f₂ = 0,2;

r_р^с – радиус оси ската тележки, м;

Н (10,2 кгс)

Т₃ – усилие, необходимое на преодоление сопротивления ребер у колес при движении их по рельсам, Н (кгс);

, Н (кгс);

Н (261 кгс);

Т₄ = g_кан  f₃, Н (кгс),

где g_кан – масса каната на 1 м длины трубопровода, Н (кгс);

f₃ – коэффициент трения скольжения каната о грунт. Принимается f₃ = 1.

Т₄ = 35  1 = 35 Н (3,6 кгс),

Т_ук = [2 (5020 + 100 + 2560) + 35] · 200 = 3 079 000 Н (313 860 кгс),

Разрывное усилие каната R_н = 66 512 · 4 = 265 048 Н (27 120 кгс)

По соответствующему ГОСТ подбирается канат диаметром d = 24 мм (табл.16).

При протаскивании трубопровода по роликовой дорожке тяговое усилие определяется по формуле:

Т_р.д = k (Т₁^´ + Т₂^´ + Т₃^´) + Т₄^´, Н (кгс),

где Т₁^´ - сила трения качения трубопровода по роликам, Н (кгс);

Т₁^́ Н (кгс);

где f₄ – коэффициент трения качения дерева по стали (футеровка);

f₄ = 0,2;

r_р – радиус ролика, м;

r_р = 0,15 м;

Т₁^́ Н (716 кгс);

Т₂^´ - сила скольжения осей роликов в опорах, Н (кгс);

Т₂^́ Н (кгс)

где r_р^о – радиус оси ролика, м;

Т₂^́ Н (22 кгс)

Т₃^´ - добавочное сопротивление от неточной укладки осей роликовых опор, Н (кгс);

Т₃^´= 0,4·(Т₁^´ + Т₂^´).

Т₃^´= 0,4 · (7027 + 211) = 2893 Н (295 кгс)

Т_р.д = [2  (7027 + 211 + 2893) + 35] = 4 059 400 Н (413802 кгс)

Разрывное усилие каната R_н = 101 632 · 4 = 406 648 Н (41 440 кгс)

Выбирается канат по ГОСТ с диаметром d = 32,5 мм (табл. 13)