Задача №20 Балочный (однопролетный) переход без компенсации продольных деформаций

Самыми простыми и наиболее распространенными в строительстве трубопроводов являются переходы без компенсации продольных деформаций. При достаточно устойчивых грунтах трубопровод прокладывается прямолинейно без устройства опор в местах выхода его из грунта. При слабых грунтах и при максимальных расчетных пролетах в местах выхода трубопровода из грунта устраивают опоры в виде железобетонных плит.

Величина пролета зависит от диаметра трубопровода, веса трубы и вида перекачиваемого продукта. Для газопроводов максимальная величина пролета (L) принимается равной - 20 – 50 м, для нефтепроводов –15-35 м.

Самокомпенсацию продольных деформаций от изменения температуры, внутреннего давления, просадок опор и т.д. в таких системах прокладки обеспечивают путем дополнительного прогиба трубопровода в вертикальной и (или) горизонтальной плоскостях и сжатия материала труб. По конструкции переходы могут быть одно- и многопролетными. Чтобы определить напряженное состояние многопролетного трубопровода, достаточно выяснить состояние одного пролета, так как все пролеты, как правило, находятся в одинаковых статических условиях.

Расчетная схема однопролетного балочного перехода без компенсации продольных деформаций изображена на рис. 20.1.

Постановка задачи.

Выполнить проверочный расчет напряженного состояния однопро­летного надземного балочного перехода при пересечении трубопроводом размером 1020 х 14 мм из стальных труб марки 17ГС оврага протяженностью .

f_д

S_p,t

l₀ f_э

_L

Рис. 20.1. Расчетная схема однопрлетного балочного перехода без компенсации продольных деформаций.

f_д –действительный прогиб трубопровода (с учетом прогиба от температуры и давления в трубе); f _э – монтажный прогиб трубопровода с учетом веса перекачиваемого продукта.

Порядок расчета. При исходных данных по варианту № 1.

1. При заранее рассчитанной толщине стенки трубопровода и известной полной расчетной нагрузке q определяют максимальную величину перекрываемого пролета (L):

(20.1)

где [см³] – осевой момент сопротивления трубы;

[см⁴] –осевой момент инерции трубы;

R₂ - расчетное сопротивление материала трубы растяжению или сжатию, которое подсчитывается по формуле:

. (20.2)

- принимается равным пределу текучести металла трубы .

n – коэффициент перегрузки (n=1,1);

- толщина стенки трубы;

р – рабочее давление;

g – суммарная расчетная нагрузка на 1 погонный метр трубы (удельный вес трубопровода);

m – коэффициент условий работы для переходов;

к₂ – коэффициент безопасности по материалу, зависящий от характеристики трубы и марки стали;

к_н – коэффициент надежности, зависящий от диаметра трубы, давления и вида перекачиваемого продукта.

Значения m, k₂,k_н – принимаются по СНиП 2.05.06-85* (см. задачу № 3).

Подставляя данные в формулу (21.1), получаем, что: L = 60 м.

2. Определяют продольное усилие, возникающее в трубопроводе от давления и температурного перепада:

(20.3)

где F – площадь поперечного сечения стенки трубы.

3. Подсчитывают продольное критическое усилие участка трубопровода:

, (20.4)

где l₀ = 0,6 l - свободная длина рассчитываемого участка трубопровода.

4. Определяют прогиб от эксплуатационной нагрузки:

. (20.5)

5. Подсчитывают действительный прогиб трубопровода:

. (20.6)

Если температура стенки трубы при эксплуатации выше чем при монтаже трубопровода, то ставят знак «+», в противном случае – «-», т.е. .

6. Определяют изгибающие моменты в опорных сечениях:

. (20.7)

7. Суммарную величину продольных напряжений подсчитывают по формуле:

. (20.8)

8. В заключении выполняют проверку прочности балочного перехода:

, (20.9)

где - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла трубы, принимается равным:

• при растягивающих продольных напряжениях:

• при сжимающих продольных напряжениях:

, (20.10)

где - кольцевые напряжения в опасном сечении трубопровода.

Так как условие прочности выполняется.

Варианты задачи №21 приведены в табл. 20.1.

Таблица 20.1

Показатели	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Dн, мм	1020	1220	1420	820	720	1020	1220	1420	820	720
, мм	14	16	17	9	8	16	16	18	10	9
, мм	38	40	35	47	48	36	35	43	40	32
, 0С	50	50	40	45	50	40	45	50	50	45
, кг/м	560	620	830	420	440	590	620	870	440	450
, МПа	261	262	262	261	261	261	262	262	261	260
, МПа	5,5	6,0	7,5	5,0	4,5	5,5	6,0	7,5	5,0	4,5