Добавил:
ac3402546@gmail.com Направление обучения: транспортировка нефти, газа и нефтепродуктов группа ВН (Вечерняя форма обучения) Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Tipovye_raschyoty_pri_sooruzhenii_i_remonte

.pdf
Скачиваний:
4
Добавлен:
01.06.2021
Размер:
18.76 Mб
Скачать

силового и деформационного нагружения. Значение R в этом случае принимают R1н.

Для трубопроводов, транспортирующих сероводородсодержащие продукты, R принимают равным R по формуле (2.43).

В кривых трубах наряду с повышенной гибкостью возникают значительные продольные и кольцевые напряжения под влиянием сил, сплющивающих поперечное сечение, при этом максимальная величина продольных напряжений

σпродmax = ms σпр ,

(2.56)

где σпр - продольные напряжения в прямой трубе, подсчитанные по общей

теории изгиба;

ms - коэффициент интенсификации продольных напряжений в кривых трубах.

Значения коэффициентов интенсификации продольных напряжений, принимаются:

для прямой трубы – 1;

для отводов - m*s

для магистральной части тройникового соединения

ms =1 +

Dн2

(m*s 1) ;

(2.57)

Dн1

 

 

 

для ответвления тройникового соединения ms = m*s .

Значения m*s для отводов принимают по рис. 2.5 в зависимости от параметров λb и wb , определяемых формулами (2.52) и (2.53).

Значение m*s для магистральной части и ответвления тройникового

соединения принимают по рис. 2.5 в зависимости от параметров тройникового соединения, определяемых по формулам:

λ1(2)

= 4

 

δн1(2)

 

;

 

(2.58)

Dн1(2) δн1(2)

 

 

 

 

 

 

 

 

ω

= 3,64

γ f pn

 

Dн1(2) δн1(2)

.

(2.59)

 

 

1(2)

 

 

E

δн1(2)

 

 

 

 

 

99

Рис.2.5. График для определения значений коэффициента m*s

Примечание.

При определении значений параметров магистральной части тройникового соединения λ1 и w1 используются первые индексы; при

определении ответвления тройникового соединения λ2 и w2 - вторые индексы.

100

2.3.Устойчивость подземных трубопроводов

Под устойчивостью трубопровода будем понимать его способность сохранять начальное прямолинейное или упругоискривленное положение при воздействии сжимающих сил, направленных вдоль оси. При расчете продольной устойчивости важно правильно назначить расчетную модель грунта.

К настоящему времени в механике грунтов наиболее полно разработаны две расчетные модели грунтовой среды: модель пластичного тела ПрандтляКулона и модель упругого грунта, соответствующая основным предпосылкам так называемого коэффициента постели (рис. 2.6). Модель пластичного тела Прандтля-Кулона используется при расчетах устойчивости сооружений на сдвиг. При значительных перемещениях, когда в грунте возникает предельное напряженное состояние, применение этой модели считается вполне оправданным. Однако при перемещениях, которые меньше предельных, ее использование искажает действительную картину работы грунтовой среды.

а

 

б

qпр

q(x)

y

 

y

 

qпр

 

 

 

Nкр

Nкр

Nкр

 

Nкр

x

x

λ

λ

 

Рис.2.6. Схемы искривления трубопровода в жестко пластичной (а) и упругой (б) грунтовой среде

Проверка общей устойчивости подземного трубопровода в продольном направлении выполняется по СНиП 2.05.06-85* [114] в плоскости наименьшей жесткости системы в соответствии с условием:

S mΝ кр ,

(2.60)

где S - эквивалентное продольное осевое усилие сжатия в прямолинейном или упругоизогнутом трубопроводе, возникающее от действия двух расчетных нагрузок и воздействий: внутреннего давления и положительного перепада температур, равное:

S = (0,2σкц +αt Ε∆t)F ,

(2.61)

101

где m - коэффициент условий работы трубопровода; Ν кр - продольное

критическое усилие, при котором наступает потеря продольной устойчивости трубопровода.

2.3.1. Устойчивость трубопровода в жесткопластичной грунтовой среде

2.3.1.1. Прямолинейный участок подземного трубопровода

Условно прямолинейным считается такой участок трубопровода, который на длине в 100 м имеет максимальный прогиб 40 см, т.е. радиус ρ 3000 м.

При использовании такой расчетной модели (рис.2.6,а) принимается, что грунт при любых, даже самых незначительных деформациях, оказывает равномерное по длине сопротивление, достигающее предельного значения q и, кроме того, грунт оказывает сопротивление в продольном направлении в месте контакта с трубой интенсивностью ро.

Продольное критическое усилие, при котором происходит потеря

устойчивости определится выражением [142]:

 

 

Ν кр = 4,09 11 ро2qв4 F 2Ε 5 I 3

,

(2.62)

где ро - сопротивление грунта продольным

перемещениям

отрезка

трубопровода единичной длины; qв – сопротивление поперечным вертикальным перемещениям отрезка трубопровода, обусловленное весом грунтовой засыпки и собственным весом трубопровода, отнесенное к единице длины.

Величину ро определим по формуле:

 

ро =πDнτпр ,

(2.63)

где τпр - предельные касательные напряжения по контакту трубопровода с грунтом

τпр = pгрtgϕгр + cгр ,

(2.64)

здесь pгр - среднее удельное давление на единицу поверхности контакта трубопровода с грунтом; ϕгр -угол внутреннего трения грунта; cгр - сцепление грунта (табл.2.12).

102

Таблица 2.12

Расчетные характеристики уплотненных влажных грунтов средней полосы России

Грунт

 

 

 

 

 

 

 

ϕгр, градус

 

 

 

fгр

= tgϕгр

 

 

cгр, кПа

Гравелистый песок

 

 

 

 

36-40

 

 

 

 

 

 

 

0,7-0,8

 

 

 

0-2

Песок средней

 

 

 

 

 

 

 

33-38

 

 

 

 

 

 

0,65-0,75

 

 

1-3

крупности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мелкий песок

 

 

 

 

 

 

 

30-36

 

 

 

 

 

 

 

0,6-0,7

 

 

 

2-5

Пылеватый песок

 

 

 

 

 

28-34

 

 

 

 

 

 

0,55-0,65

 

 

2-7

Супеси

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21-25

 

 

 

 

 

 

0,35-0,45

 

 

4-12

Суглинки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17-22

 

 

 

 

 

 

 

0,3-0,4

 

 

 

6-20

Глины

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15-18

 

 

 

 

 

 

0,25-0,35

 

 

12-40

Торф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16-30

 

 

 

 

 

 

 

0,3-0,5

 

 

 

0,5-4

Величину pгр определим по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

D

 

 

o

 

ϕгр

 

 

 

 

 

2n

гр

γ

гр

D

h

+

н

 

+ h +

 

н

tg 2

 

45

 

 

 

 

+ q

mp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

o

 

8

 

o

2

 

 

 

 

 

 

 

 

pгр =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

,

(2.65)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

πDн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где nгр- коэффициент надежности по нагрузке от веса грунта, принимаемый равным 0,8; ho - высота слоя засыпки от верхней образующей трубопровода до

дневной поверхности, которую СНиП 2.05.06-85* [114] рекомендует принимать в пределах 0,6-1,1 м в зависимости от условий прокладки; qmp - нагрузка от

собственного веса заизолированного трубопровода с перекачиваемым продуктом,

qmp = qм + qиз + qпр ,

(2.66)

при этом значения коэффициентов надежности по нагрузке от действия собственного веса трубопровода nс.в и веса перекачиваемого продукта nпр

принимаются равными 0,95 [ см. формулы (2.1), (2.2), (2.13), (2.14)].

Сопротивление вертикальным перемещениям

qв = nгрγгрDн(ho + Dн / 2 πDн / 8)+ qmp .

(2.67)

103

2.3.1.2. Упругоизогнутый криволинейный участок подземного трубопровода

Для криволинейных (выпуклых) участков трубопровода, выполненных упругим изгибом, в случае пластичной связи трубы с грунтом критическое усилие подсчитывается как [142]:

Ν кр = β 3 qв2ΕI ,

(2.68)

или [2]

Ν кр = 0,375qв ρ ,

(2.69)

где β - коэффициент, который находится по номограмме (рис. 2.7) в зависимости от параметров θ и Ζ

Рис.2.7. Номограмма для определения коэффициента β при проверке устойчивости криволинейного трубопровода

θ =

1

,

(2.70)

 

 

ρ 3

qв

 

 

 

ΕI

 

104

 

рoF

 

 

Ζ =

qвI

,

(2.71)

q

3

в

 

 

ΕI

В формулах (2.56) и (2.57) ρ - радиус упругого изгиба трубопровода, соответствующий рельефу дна траншеи. В любом случае ρ должен быть больше значения ρmin , определяемого по табл. 2.10 или специальными

расчетами.

Из двух значений Ν кр , определенных по формулам (2.68) и (2.69), рекомендуется принять меньшее.

2.3.1.3. Проверка общей устойчивости наземных трубопроводов в насыпи

Продольная устойчивость прямолинейных наземных трубопроводов в насыпях проверяется по условию (2.60) с учетом размеров и геометрической формы насыпи, предварительно назначаемых из конструктивных соображений и тепловых расчетов. После проверки устойчивости размеры насыпи уточняются в зависимости от соотношения величин S и mΝ кр . При этом в случае пластической связи трубопровода с

грунтом критическую силу будем определять как [142]:

Ν кр = 3,97 11 рo2qгор4 F 2Ε 5 I 3 ,

(2.72)

где сопротивление грунта продольным перемещениям

ро и предельные

касательные напряжения τпр определяем по формулам (2.63) и (2.64). Значение сопротивления горизонтальным перемещениям трубы равно:

qгор = Ε1 + Ε2 ,

(2.73)

где Ε1 - предельное сопротивление грунта насыпи поперечному перемещению трубопровода (пассивный отпор грунта),

 

 

 

 

n

гр

γ

гр

(h2

h2 )

 

 

 

 

 

 

 

ϕ

гр

 

 

 

 

 

 

ϕ

гр

 

 

Ε

1

=

 

 

 

 

 

1

2

 

 

tg 2

 

45o +

 

 

 

+ р

гр

h

tg 2

45o +

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

1

 

 

2

 

(2.74)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ϕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ 2n

гр

с

гр

(h

 

h )tg 45o

+

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

105

Ε2 - сила трения трубы о грунт при горизонтальном поперечном перемещении трубопровода, равная

E2 = qmptgϕгр .

(2.75)

Рис.2.8. Расчетная схема проверки на общую устойчивость трубопровода в насыпи

В формулах (2.74) и (2.75) величина h1 представляет расстояние от

подошвы насыпи до

верхней

образующей

 

трубопровода

(рис.2.8),

hn = (0,25 0,35) м, размер h2 подсчитывается по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ϕ

гр

 

 

h = h

(b + h ctgα

н

0,5h ) tg

45o

 

.

(2.76)

 

 

2

1

o

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Среднее давление грунта в насыпи на уровне верхней образующей трубопровода равно:

ргр = nгрγгр

hо(b + 0,5hoctgαн )

,

(2.77)

 

 

b + hoctgαн

 

Здесь b - половина ширины насыпи поверху по СНиП 2.05.06-85* [114]

1,5Dн 2b 1,5 м,

(2.78)

ho - высота слоя засыпки над верхней образующей трубопровода,

ho 0,8 м;

αн - угол откоса насыпи, учитывая, что по СНиП 2.05.06-85* [114] откос должен быть не менее 1:1,25, αн 39°.

106

Для несвязных грунтов, таких как песок, с cгр=0, значение быть уменьшено на величину

 

 

 

n

гр

γ

гр

h2

 

ϕ

гр

 

 

 

 

ϕ

гр

 

Ε

 

=

 

 

1

tg 45o

 

 

+ p

h tg 2

45o

 

.

 

 

 

2

 

2

2

 

акт

 

 

 

 

 

 

 

гр 1

 

 

Ε1 должно

(2.79)

Рекомендуемая [129] конструкция и параметры обвалования при наземной прокладке трубопровода приведены на рис.2.9 и в табл.2.13.

Рис.2.9. Конструкция валика при наземной прокладки трубопровода по поверхности болота:

1 – минеральная обсыпка; 2 – уплотненный торф; 3 – хворостяная выстилка; а – степень разложения торфа более 30 %; б – степень разложения торфа менее 30 %

Таблица 2.13

Конструктивные параметры валика

Диаметр трубопровода

1:m

B

h0

H

Dу , мм

 

 

 

 

 

500

1,25

1,5

0,8

1,5

700

1,25

1,5

0,8

1,7

800

1,25-1,5

1,5

0,8

1,8

1000

1,25-1,5

1,7

1,0

2,2

107

Рис.2.10. Расчетная схема нагрузок при определении сопротивления трубопровода сдвигу в сторону

На участках поворотов трубопровода в горизонтальной плоскости размеры насыпи проверяются из условия устойчивости трубопровода на сдвиг в сторону вместе с грунтом, расположенным над ним и со стороны, препятствующей сдвигу (рис.2.10):

qсдв kсдв S

,

(2.80)

ρ

 

 

где ρ - радиус изгиба оси трубопровода; kсдв - коэффициент запаса по сдвигу грунта, принимаемый равным 1,25; qсдв - сопротивление грунта сдвигу трубопровода вместе с частью насыпи, отнесенное к единице длины трубы,

qсдв = nгрγгр fгрH

(2a Dн )+ (2b Dн )

+

 

 

4

 

(2.81)

+ fтр[qтр + nгрγгрDн(H Dн )]+ nгрcгр

2a Dн

,

2

 

 

 

Здесь fгр - коэффициент трения грунта при сдвиге, равный tgϕгр (см.табл.2.12); fmp - коэффициент трения трубопровода о грунт, равный 0,25-0,36; a - половина ширины насыпи понизу,

a =b +hн/tgαн ,

(2.82)

H - полная высота насыпи,

108

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.