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:
304
Добавлен:
01.06.2021
Размер:
18.76 Mб
Скачать

М

о =

 

0,392

10

2 40

0,33552 0,392 102 40

 

 

0,392 10

2

 

 

 

×

2

0,33

 

 

 

 

 

 

10 0,53

 

 

5,5877 102

0,33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

th5,5877 10

2

 

40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

×

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

= 0,3798 МН м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 0,33553

 

+

 

5,5877 102

 

th

5,5877 102 40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

0,53

 

 

 

 

0,33

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19. Изгибающий момент по формуле (4.39)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,392 10

2

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

0,392

10

2

 

 

 

 

М

с

 

= 0,3798 +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

5,5877

102

40

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(5,5877 10

 

 

)

 

 

ch

 

 

 

 

 

 

 

(5,5877 10

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=0,288 МН м.

20.Дополнительные продольные напряжения, вызванные действием оползня, по формуле (4.40)

в сечениях х =0 и х = l

 

 

 

 

 

 

σоп =

0,33

+

 

0,3798

 

= 224,5 МПа,

1,47 102

1,88 103

 

 

 

 

 

в сечении х = l/2

 

 

 

 

 

 

 

σоп =

0,33

 

+

 

0,288

 

=175,5 МПа.

1,47 102

 

1,88 102

 

 

 

 

 

 

Пример 4.5. Рассчитать параметры буровзрывных работ при разработке траншеи длиной 100 м в скальных грунтах. Исходные данные: Dн = 1,02 м, грунт – мергель, вид ВВ – зерногранулит 50/50-В.

Решение

1. В соответствии со СНиП III-42-80* [123] ширина траншеи по дну В = 1,5 м, глубина траншеи 2,0 м. В скальных грунтах рекомендуется перебор глубины на 15-20%, поэтому окончательно hТ = 2,4 м. Тогда длина шпура L =

1,2hТ =1,2·2,4 = 2,88 м; lзар = L/3=0,96 м.

2. Определяем плотность сухого ВВ ρв = 940 кг/м3, поправочный коэффициент е=1,11 (см.табл. 4.2). Удельный расход на рыхление Ар = 0,45·1,11=0,4995 кг/м3 0,5 кг/м3 (см.табл. 4.1).

3.Величина заряда в шпуре по формуле (4.43) Qзар = 0,5 · 2,43 = 6,9 кг.

4.Диаметр скважины по формуле (4.46)

419

d =

6,9

= 0,1 м.

940 2,4 0,3

5. Принимаем диаметр шпура 100 мм. Расстояние между скважинами в ряду а = 0,75 hт = 0,75·2,4 = 1,8 м, число рядов – один, тогда общее число скважин на 100 м траншеи составит 100:1,8=55,5, округляем до 56. Количество ВВ, необходимое для разработки траншеи, 6,9·56=386,4 кг.

Пример 4.6. Рассчитать устойчивость против всплытия трубопровода, сооружаемого на болоте, при различных способах балластировки на вогнутом рельефе местности.

Исходные данные: Dн×δн = 1020×14,3 мм; Dн.и = 1024 мм; W =8,52·10-3 м3; I=5,71·10-3 м3, β = 10° = 0,1744, рад; ρ = 2000 м; qм= 3360 Н/м; qиз= 43 Н/м;

γв= 1,15·104 Н/м3; длина балластируемого участка L = 350 м.

Решение

1.Балластировка одиночными железобетонными грузами. Марка груза подбирается по табл. 4.6: УБО-3; Qг = 3,346 т; γб= 2,3·104Н/м3.

2.Выталкивающая сила воды по формуле (4.61)

qв =

π 1,0242 1,15 104 = 9466 Н/м.

 

4

 

3. Интенсивность нагрузки от упругого отпора при свободном изгибе

трубопровода по формуле (4.63)

 

qизг =

32 2,1 1011 5,71 103

=18 Н/м.

 

9 0,17442 20003

 

4. Расчетная нагрузка от собственного веса трубопровода

qтр = 3360 + 43 = 3403 Н/м.

5. Принимая в условиях монтажа qдоп = 0, по формуле (4.60) рассчитаем величину балластировки в воде

qбалн = 01,9 (1,05 9466 +18 3403) = 7282 Н/м.

и по формуле (4.64) – в воздухе

420

qбалн =

 

 

2,3 10

4

=15330 Н/м.

 

104

1,05 1,15 104

2,8

 

6. Объем пригруза по формуле (4.67)

VГ 2 0,808 1,1 1,5 0,55 =1,46 м3 .

7. Расстояние между пригрузами по формуле (4.65)

= 3346 9,8 1,15 104 1,46 =

lГ 7282 2,2 м.

8. Число пригрузов по формуле (4.68)

N = 350/2,2 = 159.

9.Групповая балластировка железобетонными пригрузами УБО-3, для навески которых используется кран КС-4561 с параметром R=2,0 м (см. рис.4.16). Допустимый прогиб в середине свободного участка трубопровода у = 0,02 м.

10.При глубине траншеи 2,1 м и откосах 1:1 ширина траншеи поверху

Вв = В + 2·2,1=2,2·1,02+2·2,1=6,4 м.

Здесь В – ширина траншеи по дну, принимаемая для балластируемых трубопроводов равной 2,2Dн.

11. Расстояние от оси поворота крана до оси трубопровода по формуле

(4.69)

Sк = 62,4 +1,0 + 2,0 = 6,2 м.

12.По графику (см. рис. 4.17) максимальный вылет стрелы составляет 8,5

мдля QГ=3,346 т, тогда по формуле (4.70)

Z= 2 8,52 + 6,22 = 21м.

13.По формуле (4.71) при ширине груза УБО-3с – 1,5 м (см.табл.4.6) число грузов в группе

n= 21 =12,7 12.

Г1,5 + 0,15

14.Распределенная нагрузка на участке, свободном от грунта по формуле

(4.73)

421

q2 = 9466 3403 = 6063 Н/м.

15. Распределенная нагрузка на заболоченном участке трубопровода по формуле (4.74)

 

q =

3346 9,8 1,15 104

1,46

6063

= 3643 Н/м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1,5 + 0,15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16. Коэффициент пропорциональности по формуле (4.75)

 

 

η =

 

 

2,45

 

 

1 = 0,485.

 

 

 

1,5 + 0,15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17. Предельная длина группы грузов по формуле (4.72)

l = 4

 

768 2,1 1011 5,71 103 0,02

= 25,9 м.

6063(0,4854 + 4 0,4853 + 6

 

 

 

 

2

0,4852 ) + 3634(0,485 + 2)

18. Длина свободного от груза участка трубопровода ηl= 0,485 · 25,9 =

12,6м, а число пригрузов по формуле (4.76)

 

 

 

 

nГ =

 

25,9

 

 

=15,7 16.

 

 

1,5 + 0,15

 

 

 

 

 

 

 

 

19. Из двух значений nГ, рассчитанных по формулам (4.71) и (4.76), выбираем меньшее nГ = 12 м и окончательно устанавливаем длину группы пригрузов по формуле (4.77)

l= 12(1,5 + 0,15) – 0,615 = 19,65 м,

атакже длину участка трубопровода, свободного от пригрузов

ηl = 0,485 · 19,65 = 9,53м.

20.Расстояние между центрами соседних групп по формуле (4.78)

А= 19,65(1 + 0,485) = 29,18 м.

21.Необходимое число пригрузов по формуле (4.79)

Ν= 29350,1812 =143,9 144.

22.Балластировка анкерами ВАУ-1, в одном анкерном устройстве два анкера. Слой минерального грунта на уровне дна траншеи сложен из легкого текучего суглинка, для которого по табл. 4.7 коэффициент mв = 0,6; по табл. 4.9

422

γгр = 2,0 · 104 Н/м3; ϕгр = 24; сгр = 2,68 · 104 Па; по табл. 4.8 коэффициенты

А = 13,5, В = 7,0. Для трубопровода диаметром 1020 мм принимаем диаметр винтовой лопасти анкера Dанк = 0,45 м (см. табл. 4.10), глубину погружения в минеральный грунт hа = 6 Dанк = 6·0,45 = 2,7 м.

23. Площадь лопастей анкера по формуле (4.111)

Fл = π· 0,452/8 = 0,08 м2.

24. Предельное (критическое) сопротивление анкера по формуле (4.110)

Fпр = (13,5 · 2,68 · 104 + 7 · 2,0 · 104 · 2,7)0,08 = 60 · 103 Н.

25.Несущая способность анкера по формуле (4.109)

Фанк = 0,6 · 60 · 103 =36 · 103 Н.

26.По формуле (4.106), принимая kн = 1,4, расчетная несущая

способность анкера

Ранк = 36 · 103/1,4 = 25,7 · 103 Н.

27. Учитывая, что в данном расчетном случае za = 2 и Dн/Dанк = 2,27, коэффициент mанк определяем по формуле (4.109)

mанк = 0,25(1 + 2,27) = 0,82.

28. Расчетная несущая способность анкерного устройства по формуле

(4.104)

Банк = 2 · 0,82 · 25,7 ·103 = 4,2 · 103 Н.

29. Расстояние между соседними устройствами по формуле (4.109) la = 42 · 103/7282 = 5,8 м.

30.Максимальный изгибающий момент в точках закрепления

трубопровода анкерными устройствами по формуле (4.108)

М = 6063 · 5,82/12 = 17,0 · 103Н·м. 31. Изгибающие напряжения по формуле (4.107)

σИ = ± 17,0 1033 = ±2,0 106 Па = ±2,0 МПа. 8,52 10

32. По аналогии с первым расчетным случаем, потребное число анкеров на участке 350 м

Ν = 3505,8 2 =120.

Пример 4.7. Определить количество воды, поступающее в траншею длиной 1000 м в течение одного часа через две боковые стенки (полагая, что дно сложено из водоупорного грунта). Диаметр трубопровода Dн = 1,02 м; толщина стенки δн = 14,3 мм, нагрузка от собственного веса трубопровода; с учетом коэффициента надежности нагрузке от собственного веса nс.в = 0,95; qм = 3360 Н/м; qиз = 43 Н/м. Траншея выполнена в торфе слабой степени разложения, коэффициент фильтрации kф = 9 · 10-5 м/с; глубина траншеи

hТ = 1,1 м + Dн = 2,1 м; уровень грунтовых вод Н = 2,0 м. Удельный вес воды

γв=1,1 · 104 Н/м3.

423

Решение

1. Находим графически выталкивающую силу воды, приняв значения α равными 140°, 180° и 220°.

По формулам (4.116) – (4.122)

 

 

lхорды

= 2 0,51sin

140o

= 0,96 м.

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h = R Rcos α = 0,51 0,51 0,342 = 0,34 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

=

1

( 0,510,34 ) 0,96 = 0,082 м2.

 

 

 

 

треуг

 

2

 

 

0,512

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

 

= 2,44

= 0,317 м2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сект

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

 

= 0,317 0,086 = 0,231 м2 .

 

 

 

 

 

сегм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

qв

=1,1 104 0,231 = 2450 Н/м.

 

 

 

Расчетные величины для углов α = 180° и 220° приведены в табл. 4.22.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4.22

 

Значения расчетных величин для различных углов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α, град

lхорды, м

 

h, м

 

Fтреуг, м2

 

Fсект2

 

Fсегм2

 

qв,Н/м

140

0,96

 

0,34

 

0,082

 

 

0,317

 

0,231

 

2540

180

1,02

 

0,51

 

0

 

 

 

0,408

 

0,408

 

4488

220

0,958

 

0,68

 

-0,082

 

 

0,499

 

0,581

 

6391

При q= 3360 + 43 = 3403 Н/м, точка пересечения графика qв = f(α) соответствует углов α = 156° (рис. 4.41), и тогда искомая высота h = 0,51 - 0,51·0,29=0,4 м.

2. Длина депрессионной кривой по формуле (4.115)

L= 575·(2,0 – 0,4) · 2,0 9 105 =12,3 м.

3.Приток воды в траншею по формуле (4.113)

Q = 9 105 1000 2,02 0,42 = 0,02808 м3 / с =101м3. 12,3

424

Имеющиеся у строителей водоотливные установки СВА-2,УОВ-2, УОВ-2А производительностью 500-700 м3/ч в состоянии обеспечить откачку такого объема воды.

Рис.4.41. Определение угла α

Пример 4.8. Рассчитать параметры взрывных работ при устройстве траншеи на болоте методом горизонтальных удлиненных зарядов.

Исходные данные: проектная глубина траншеи hТ = 2,5 м; ширина траншеи по дну В=3 м; откосы 1:1; торф плотный; коэффициент сжатия взрывом К=0,4; тип взрывчатого вещества аммонит №6 ЖВ; плотность ρв =1100 кг/м3; удельный расход Ав = 0,6 кг/м3; линия наименьшего сопротивления

W0,5hТ = 1,25 м.

Решение

1. Расчетная глубина зарядной траншеи

hз = 0,5 hТ = 0,5·2,5 = 1,25 м.

2. Радиус сжатия для зарядной траншеи по формуле (4.124)

Rсж = 1,25 – 0,25 = 1 м.

3. Диаметр прострелочного заряда по формуле (4.123)

dn =

2

1,0

= 0,085 м.

 

π

1100

4,0

 

4. Радиус сжатия для основной траншеи из формулы (4.125)

425

Rсж = 2,5 – 1,25 = 1,25 м. 5. Масса заряда длиной 1 м по формуле (4.127)

Qзар.п = 1,252/0,42 = 9,77 кг/м.

6. Диаметр основного удлиненного заряда по формуле (4.128)

dосн =

4 9,77

= 0,11м.

 

π 1100

 

7.Ширина траншеи по верху с учетом ширины по дну, глубины траншеи

иоткосы 1:1

Вв = 3 + 2·2,5 = 8 м.

8. Показатель действия взрыва по формуле (4.131) n = 8/(2·1,25) = 3,2.

9. Функция, зависящая от показателя действия взрыва, по формуле (4.130) f(n) = 3,22 + 0,4·3,2 – 0,4 = 11,2 .

10. Масса заряда длиной 1 м по формуле (4.129)

Qзар.п = 0,6·1,252·11,2 = 8,34 кг/м.

Как видно, результаты расчета Qзар.п по двум формулам (4.127) и (4.129) близки.

Пример 4.9. Рассчитать напряжения в стенке трубы, приняв следующие данные tp = 370 ч; период температурных колебаний Т = 10 ч; Е = 104 Н/см2;

αt=3·10-4 1/°С; µ=0,5; a= 18 см2/ч.

Решение

1.Величины Θо и ω определяем по данным температурных наблюдений

(рис. 4.42).

2.Представляя опытную кривую температур 1 (рис.4.42,в) на

поверхности грунта синусоидой 2, получаем Θо = –30° и ω = 0,7·10-3 1/ч. 3. Приняв далее h = 300 см, δ = 1 см и время t =8,4·103 (для наиболее

холодного времени года) по формуле (4.146) получим σ=6,18·103 Н/см2. Для трубы диаметром 102 см продольное усилие составит Р=πDнδσmp=

1,98·106 Н.

426

Рис.4.42. Графики температурных наблюдений:

а – изменение температуры грунта; 1 – на глубине z=0; 2 – линейная аппроксимация; 3 – аппроксимирующая кривая; б – изменение температуры по глубине; 1 – опытная кривая; 2 – линейная аппроксимация; в – изменение температуры поверхности грунта; 1 – опытная кривая; 2 – расчетная кривая

Пример 4.10. Выполнить прочностной и геометрический расчеты надземной прокладки трубопровода со слабоизогнутыми участками.

Исходные данные: участок трубопровода категории III; трубная сталь

марки 13Г2АФ; σТ = 363 МПА, Dн×δн = 1020×14,3 мм; Dвн = 991,4 мм; F =0,045 м2; W= 8,516·10-3 м3; I=5,71·10-3 м4, qм = 3890 Н/м; qсн = 1490 Н/м; qлед=220 Н/м;

qвет=330 Н/м; продукт перекачки – газ, ρ = 7,5 МПа, t1=40° при нагревании и t2= –30° при охлаждении трубопровода.

Решение

1. Продольные напряжения от внутреннего давления по формуле (2.11)

при np = 1,1

σпр.р =1,1σпрн

=1,1 0,25 7,5 0,9914 =143 МПа. 0,0143

2. Вес продукта по формуле (2.13)

qпрод1,0·100·7,5·0,99142737 Н/м. 3. Расчетный вес трубопровода (см. п.2.1)

qтр = qм + qпрод + qсн + qлед = 3890 + 737 + 490 + 220 = 5337 Н/м.

427

4. Расчетное сопротивление трубной стали по формуле (2.35) при m = 0,9, k2 = 1,15, kн=1,05

R2 =

363 0,9

= 270 МПа.

1,15 1,05

 

 

5. Величина пролета между опорами по формуле (4.154)

l =

12 8,516 103

(1,0

270

143 )

= 49,2

49 м.

5,337 10

3

 

 

 

 

 

6. Принимаем длину компенсационного участка, равной

L=4l=4·49=196 м.

7. Фактическая длина слабоизогнутого компенсационного участка по формуле (4.155)

Lк.факт = cos19612o = 200 м.

8. Стрела изгиба трубопровода в середине компенсационного участка по формуле (4.158)

f=0,5·196·tg12° =20,8 м.

9. Расстояние между неподвижными опорами по формуле (4.161)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,33 103

492

 

 

 

1,02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,0

 

270

12 8,516 103

1,1 7,5

 

 

 

0,5

196

20,8

 

 

 

 

 

 

0,0143

 

 

Lрасч =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

×

 

 

 

 

o

 

 

3

 

5

 

5

 

 

 

 

 

 

1,02

 

 

 

 

 

 

6 cos12

 

 

5,71 10

 

1,2

10

 

2,1 10

 

40

+1,1 7,5

 

 

 

 

0,2

 

 

 

 

 

 

 

 

10 0,0143

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

×

 

 

 

 

 

 

 

 

= 796 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8,516 103

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,045 20,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Округляем Lрасч до числа, кратного 2l

Lрасч/2l=796/2·49=8,12.

откуда L = 2·49·8=784 м, что соответствует 16 пролетам l.

10. Фактическая длина трубопровода между неподвижными опорами по формуле (4.156)

Lфакт = 784 196 + cos19612o = 788 м.

11. Расстояние АВпо формуле (4.163)

428