Tipovye_raschyoty_pri_sooruzhenii_i_remonte

2.2.1. Расчетные характеристики материалов

В качестве основных прочностных характеристик металла труб и сварных соединений в расчетах трубопроводов согласно СНиП 2.05.0685* [114] используются нормативные и расчетные сопротивления растяжению

(сжатию). Нормативные сопротивления R1н и R2н принимаются равными минимальным значениям временного сопротивления σв и предела текучести σm соответственно. Их значения приведены в приложении Г наряду с другими характеристиками труб.

Расчетные сопротивления R1 и R2 определяются по формулам:

89

где m - коэффициент условий работы трубопровода, равный 0,6 для участков трубопроводов категории «В»; 0,75 для участков категорий I и II; и 0,9 для участков категорий I и IV; k1 и k2 - коэффициенты надежности по материалу

(табл.2.4, 2.5); kн - коэффициент надежности по назначению трубопровода

(табл.2.6).

Таблица 2.6

Коэффициент надежности по назначению трубопровода, kн

90

2.2.2. Определение толщины стенки трубопровода

При расчете толщины стенки трубопровода в нормах СНиП 2.05.06-85* [114] используется теория наибольших нормальных напряжений при продольных напряжениях σпр ≥ 0. Расчетную толщину стенки

трубопровода δ ,следует определять по формуле:

При наличии продольных сжимающих напряжений σпрN <0 используется

энергетическая теория прочности, что позволяет учесть двухосность напряженного состояния

Решая квадратное уравнение (2.37), и учитывая знак σпрN , получим:

Тогда расчетная толщина стенки трубы будет равна:

где Ψ1 - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб, определяемый по формуле:

Продольные осевые сжимающие напряжения σпрN определяются от расчетных

нагрузок и воздействий с учетом упруго пластической работы металла труб в зависимости от принятых конструктивных решений, при этом расчетная схема должна отражать реальные условия работы трубопровода и взаимодействие его с грунтом.

91

Вчастности, для прямолинейных и упругоизогнутых участков подземных

иназемных (в насыпи) трубопроводов при отсутствии продольных и поперечных перемещений, просадок и пучения грунта, продольные осевые напряжения определяются по формуле:

Толщина стенки трубопровода, определенная по формулам (2.36) и (2.38), округляется в большую сторону до ближайшей номинальной в сортаменте труб и обозначается δн.

Принятая толщина стенки труб должна быть не менее 1/140 наружного диаметра труб, но не менее 3 мм для труб диаметром Dу ≤200 мм и не менее 4

мм для труб диаметром Dу >200 мм.

Приведенная методика расчета представляет собой итерационный процесс, так как в выражение (2.40) для определения σпрN требуется подставить

значение δн, уточняемое далее в формуле (2.38), после чего значение

принимаемой по сортаменту толщины стенки может измениться и вычисление приходится повторять с новым значением δн.

Расчетные толщины стенок промысловых трубопроводов и соединительных деталей согласно рекомендациям СНиП 2.04.12-86 [113] и СП 34-116-97 [125] вычисляют по формуле:

где η – коэффициент несущей способности труб и соединительных деталей; R - расчетное сопротивление металла труб и соединительных деталей, МПа.

Значения R определяют:

•для трубопроводов, транспортирующих продукты, не содержащие сероводород

•для трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие продукты

92

При назначении номинальной толщины стенки труб и соединительных деталей учитывают временные факторы (возможность коррозионных, сейсмических и других воздействий).

Нормативные сопротивления R1н и R2н принимают равными минимальным

значениям соответственно временному сопротивлению и пределу текучести материала труб и соединительных деталей по государственным стандартам и техническим условиям на трубы и соединительные детали.

Расчетные сопротивления сварных швов, соединяющих между собой трубы и соединительные детали, выполненных любым видом сварки и прошедших контроль качества неразрушающими методами, принимают равными меньшим значениям соответствующих расчетных сопротивлений соединяемых элементов.

Значения коэффициентов: надежности по назначению трубопроводов γn , условий работы трубопровода γc , надежности по материалу γm и надежности по нагрузке γ f - принимают по рекомендациям СНиП 2.04.12-86 [113] и СП 34-

Примечание. Среднее и низкое содержание сероводорода – по ВСН 51-3- 85/ВСН 2.38-85 [27].

Значения коэффициентов несущей способности труб и соединительных деталей η :

для труб, заглушек и переходов – 1;

для тройниковых соединений и отводов - aξ + b ,

Значения коэффициентов a и b принимают: для тройниковых соединений по табл.2.8, для отводов – по табл.2.9.

93

Таблица 2.8

Значения коэффициентов a и b для тройниковых соединений

2.2.3. Проверка прочности трубопровода в продольном направлении

Подземные и наземные (в насыпи) трубопроводы в соответствии с нормами СНиП 2.05.06-85* [114] проверяются на прочность в продольном направлении и на отсутствие недопустимых пластических деформаций.

Прочность в продольном направлении проверяется по условию:

где σпрN ,R1 - продольные осевые напряжения и расчетное сопротивление металла труб, определяемые соответственно по (2.40) и (2.34); Ψ2 -

коэффициент, учитывающий напряженное состояние металла труб, при растягивающих осевых продольных напряжениях (σпрN ≥ 0 ) Ψ2 = 1,0 , при

сжимающих (σпрN <0) определяется по формуле:

где σкц - кольцевые напряжения в стене трубы от расчетного внутреннего давления, определяемые по формуле (2.9).

94

Для предотвращения недопустимых пластических деформаций трубопроводов в продольном и кольцевом направлениях проверку производят по условиям:

где σпрн - максимальные суммарные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий; Ψ3 - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб; σкцн - кольцевые напряжения в стенках трубопровода от нормативного внутреннего давления.

Продольные напряжения σпрн складываются из напряжений от действия

внутреннего давления, температурного воздействия и воздействия от упругого изгиба (см.разд.2.1) и для полностью защемленного подземного трубопровода находятся из выражения:

определяемый по СНиП III-42-80* [123] (табл.2.10) или специальным расчетом (см. раздел 2.5).

Таблица 2.10

Значения минимально допустимых радиусов упругого изгиба трубопровода, ρmin

95

Также минимально допустимый радиус упругого изгиба подземных и наземных трубопроводов определяют из условий прочности поперечных сварных швов и упругой работы металла труб по формуле:

Если одно из проверяемых условий (2.46) или (2.47) не выполняется, следует либо подобрать другую марку стали с лучшими механическими характеристиками, либо увеличить толщину стенки трубы до ближайшей большей по сортаменту, и повторить расчет.

Проверку прочности трубопровода, определяя усилия от расчетных нагрузок и воздействий, возникающих в отдельных элементах трубопроводов согласно указаниям СНиП 2.04.12-86 [113] необходимо производить методами строительной механики расчета статически неопределимых стержневых систем.

В качестве расчетной схемы трубопровода рассматриваются статически неопределимые стержневые системы переменной жесткости с учетом взаимодействия трубопровода с окружающей средой.

Значение коэффициента повышения гибкости гнутых отводов k p определяют по табл.2.11.

Величина k*p принимается по рис.2.4 в зависимости от геометрического параметра отвода λb и параметра внутреннего давления ωb .

96

Таблица 2.11

Коэффициент повышения гибкости отвода k р

Рис.2.4. График для определения значений коэффициента k*р

97