euroduck97ac3402546@gmail.comНаправление обучения: транспортировка нефти, газа и нефтепродуктов
группа ВН (Вечерняя форма обучения)Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
монолитные опоры из бутовой кладки, бутобетона и других материалов
– при наличии местных материалов, а также при разнотипности опор; подвесные опоры – главным образом в качестве подвижных опор при
прокладке самокомпенсирующихся систем трубопроводов;
ряжевые и другие деревянные опоры – в северных лесных районах и где загнивание их происходит относительно медленно;
грунтовые опоры в виде земляных отсыпок – на болотах, широких поймах рек, на Севере.
Крепление трубопровода к опорам, или его опирание на них осуществляется с помощью опорных частей. Для балочных систем надземной прокладки применяются следующие опорные части:
а) продольноподвижные, допускающие перемещение трубопровода лишь вдоль его оси (скользящие, катковые, роликовые, подвесные, перемещающиеся за счет применения качающихся стоек или изгиба опор при шарнирном креплении трубопровода);
б) свободноподвижные, позволяющие трубопроводу перемещаться в любом направлении в горизонтальной плоскости (скользящие, роликовые, подвесные);
в) неподвижные – анкерные с жестким креплением трубопровода к опоре, вращающиеся на вертикальной оси).
Одиночно стоящие опоры подразделяются на анкерные (мертвые) и промежуточные.
Анкерные опоры (рис.5.30) делятся на разгруженные и неразгруженные (концевые), а промежуточные опоры (рис. 5.31) – на двухшарнирные гибкие и жесткие.
Двухшарнирные промежуточные опоры (рис.5.31, а) имеют шарниры внизу опоры и допускают, таким образом, свободное перемещение трубопровода, расположенного на этой опоре и связанного с ней при помощи поворота шарнира на величину требуемой продольной деформации трубопровода, расположенного на опоре.
а – двухшарнирная опора; б – гибкая опора; в – жесткая опора; 1 – трубопровод; 2 – промежуточные опоры; 3 – продольная деформация трубопровода; 4 – положение
промежуточных опор после продольной деформации трубопровода; 5 – анкерная опора
Жесткие промежуточные опоры (рис.5.31, в) не способны обеспечить перемещение своего верхнего конца на величину требуемой продольной деформации трубопровода, расположенного на данной опоре; в этом случае продольное удлинение (укорочение) трубопровода сопровождается его проскальзыванием по опоре.
5.2.4.2.Определение нагрузок, действующих на опоры трубопроводов
Правильный выбор расчетных нагрузок имеет очень важное значение с точки зрения создания рациональных и экономичных опор под трубопроводы.
Расчетные нагрузки подразделяются на следующие:
•вертикальная нагрузка;
•горизонтальная нагрузка, действующая поперек оси трубопровода – ветровая нагрузка;
•горизонтальная нагрузка, действующая вдоль трубопровода.
Все опоры рассчитываются на расчетную вертикальную нагрузку от трубопровода под действием его веса qтр (см.разд. 2.1) по формуле:
500
Ν в = qтр
lлев + lправ
,
(5.204)
2
где lлев и lправ – длина левого и правого пролетов, примыкающих к рассчитываемой подвижной опоре.
Основными же нагрузками для опор почти всегда являются горизонтальные усилия от трубопровода, которые приложены на уровне опорных частей.
Перпендикулярно оси трубопровода, когда нет поперечного смещения, к каждой из опор (продольно подвижной и неподвижной) приложено горизонтальное усилие от давления ветра
Н
в
= q
вет
lлев + lправ
.
(5.205)
2
Расчетную ветровую нагрузку на трубопровод qвет определяют по формуле
(2.24).
Горизонтальные усилия вдоль оси, действующие на верхний конец промежуточной опоры при прокладке одиночного трубопровода, определяют следующим путем:
а)для промежуточных двухшарнирных опор горизонтальное усилие вдоль трассы равно нулю;
б)для гибких промежуточных опор это усилие определяется как упругая реакция верхнего конца опоры, возникающая вследствие его горизонтального смещения на заданную величину, соответствующую температурной деформации трубопровода; таким образом, гибкая стойка рассчитывается как консольная балка, загруженная заданным смещением конца;
в)для жестких промежуточных опор со скользящими или катковыми опорными устройствами, а также поперек оси трубопровода на свободноподвижные опоры при его смещении
Ν г =Θ Ν в =Θ qтр
lлев + lправ
,
(5.206)
2
где Θ - максимальное значение коэффициента трения. При трении стали о сталь на скользящих опорах Θ=0,3 – 0,5. Для уменьшения коэффициента трения в последнее время между трущимися поверхностями устанавливают антифрикционные материалы (фторопласт, тефлон и др.). При катковых опорах Θ=0,05/r , где r – радиус катка.
Следует иметь в виду, что катковые опорные части иногда заклиниваются, при этом Θ может резко возрасти и даже превысить коэффициент трения стали по стали. Поэтому в последнее время стали применять более надежные – роликовые (на оси) опорные части.
501
Для роликовой опоры Θ можно определить по формуле:
Θ = fn
0,1dв + 2 fк
+ i ,
(5.207)
dк
где fn – коэффициент, учитывающий перенос катка (для катков с коническим ободом fn = 1,2; с цилиндрическим ободом на подшипникам скольжения fn=1,5 и на подшипниках качения fn=2,3); dв – диаметр вала на месте насадки подшипников, см; dк – диаметр катка, см; i– расчетный уклон направляющей катковой опоры (можно принять i=0,01); fк – коэффициент трения качения в см (принимается по табл. 5.13).
Применение роликовых опорных частей значительно снижает нагрузки на опоры и позволяет проектировать их более легкими, что особенно важно для трубопроводов больших диаметров (более 720 мм).
Расчетные горизонтальные усилия вдоль оси, действующие на разгруженные анкерные опоры при прокладке одного трубопровода (рис. 5.32) определяются следующим путем:
Таблица 5.13
Значения коэффициента трения качения
Форма
Коэффициент fк при диаметре ролика, см
стального
20-30
40-50
60-70
80
90-100
ролика
Цилиндрическая
0,03
0,05
0,06
0,06
0,07
Коническая
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
Примечание. Для чугунных роликов диаметром от 20 до 70 см табличные значения коэффициента fк увеличиваются на 0,01, а диаметром от 80 до 100 см
–на 0,02.
•при отсутствии в смежных пролетах задвижек (рис. 5.32,а) горизонтальное усилие находят как разность усилий, включающих распор компенсатора и силы трения, или упругие реакции на промежуточных опорах, действующих слева и справа от рассматриваемой анкерной опоры; при этом меньшее по величине
усилие умножается на коэффициент, равный 0,8.
Таким образом, усилие, действующее на опору Р.А, определяется по следующим формулам:
- при двухшарнирных промежуточных опорах
Nг = N1 – 0,8N2 ;
(5.208)
502
- при гибких промежуточных опорах
Ν г = (Ν1 + ∑R1) − 0,8(Ν 2 + ∑R2 ) ;
(5.209)
- при жестких промежуточных опорах
Ν г = (Ν1 + qтрΘl1) − 0,8(Ν 2 + qтрΘl2 ) .
(5.210)
Рис.5.32. Возможные схемы участка трубопровода
В этих формулах принято, что суммарное усилие слева больше, чем справа: под ΣR1 и ΣR2 подразумеваются суммы упругих реакций промежуточных гибких опор, расположенных слева и справа от опоры Р.А. (отпоры компенсаторов на соответствующих участках трубопровода от неподвижной опоры, горизонтальные усилия от вертикальной нагрузки при прокладке трубопровода под углом наклона к горизонтальной плоскости.
•на концевую неразгруженную анкерную опору, а также если в одном из смежных пролетов имеется задвижка (рис.5.32,б) для определения усилия на опору имеем:
-при двухшарнирных опорах
Nг = N1 ;
(5.211)
- при гибких опорах
Ν г = Ν1 + ∑R1 ;
(5.212)
- при жестких опорах
Ν г = Ν1 + qтрΘ(l1 − 0,8l2 ) ;
(5.213)
503
При укладке трубопровода «змейкой» или прямолинейно со слабоизогнутыми компенсационными участками выражения для определения усилий, передающихся на неподвижные опоры от изменения температуры стенок труб и внутреннего давления в трубопроводе:
- при скользящих и роликовых промежуточных опорах
Νt , p =
3b cosϕI (Eαt ∆t + 0,2σкц)
+
qтрΘ kопL2к
;
(5.214)
f 2
8 f
- при подвесных промежуточных опорах
2
s
3b cosϕI (Eαt ∆t + 0,2σкц)
+
qтрLк
.
Νt , p =
h
(5.215)
f 2
12 f
В формулах (5.214) и (5.215) h – коэффициент, зависящий от конструктивной схемы (для «змейки» b = 1, а для прямолинейной прокладки со
слабоизогнутыми участками в виде треугольников b = 2L ;здесь L – расстояние
Lк
между неподвижными опорами при прямолинейной прокладке со слабоизогнутыми участками); ϕ - угол между осью трубопровода около неподвижной опоры и прямой, соединяющей неподвижные опоры «змейки», или угол между прямой, соединяющей прямолинейные участки, и осью прямолинейной части слабоизогнутого участка; Lк – расстояние между неподвижными опорами по прямой – длина полуволны «змейки» или длина слабоизогнутого участка; f – расчетная (начальная) стрелка «змейки» или слабоизогнутого участка, равная расстоянию от места изгиба трубопровода при ломаном очертании до прямой, соединяющей неподвижные опоры “змейки» или прямолинейные участки, примыкающие к слабоизогнутому участку; I – момент инерции поперечного сечения трубопровода; kоп – коэффициент, учитывающий при скользящих и роликовых опорах передачу части нагрузки на промежуточные опоры; s – максимальное поперечное горизонтальное перемещение трубопровода (отклонение от вертикали), вызываемое внутренним давлением в трубопроводе и изменением температуры стенок труб (для систем «змейки» и прямолинейной прокладки со слабоизогнутыми участками принимается для средней угловой опоры или примыкающей к слабоизогнутому участку); h – расстояние от места крепления подвески до оси трубопровода, s/h – тангенс угла отклонения подвески от вертикали.
Чем больше число опор, тем меньшая часть суммарного продольного усилия от ветра, изменения температуры и внутреннего давления дойдет до неподвижной опоры, так как в восприятии этих нагрузок будут участвовать и подвижные опоры. Значения коэффициента kоп принимаются равными: при
504
одной промежуточной опоре 0,8, при трех промежуточных опорах 0,6, при пяти промежуточных опорах 0,4 и большем количестве опор 0,2.
Как и в предыдущем случае, рассматривая изогнутый трубопровод, как ломаный ригель, горизонтальное усилие от ветровой нагрузки, действующее вдоль оси прямолинейных участков на неподвижные опоры:
- при скользящих промежуточных опорах
q
вет
k
L2
Нвет =
оп к
;
(5.216)
8 f
- при роликовых промежуточных опорах
0,1q
L2
Нвет =
вет к
;
(5.217)
f
- на подвесных промежуточных опорах
0,1q
вет
L2
Нвет =
к
.
(5.218)
8 f
5.2.5.Расчет вантового перехода
Вантовый переход является относительно простой и экономичной конструкцией надземной прокладки, включающей собственно трубопровод, поддерживаемый в пролете вантами, растягивающие усилия в которых уравновешиваются оттяжками, закрепленными в якорях (рис.5.33).
Расстояние между точками крепления вант к трубопроводу определяется из условия прочности как для неразрезной многопролетной балки, максимальные изгибающие напряжения, в которой имеют место в точках подвески трубопровода
l =
12W (Ψ4 R2 −σпр.р) ,
(5.219)
qтр
где Ψ4 – коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние трубопровода, при наличии компенсаторов по концам пролета Ψ4 = 1,0; qтр – расчетная нагрузка от действия веса трубопровода qтр = qм + qпрод + qсн + qлед.
505
Рис.5.33. Схема вантового перехода
Компоновка конструкции при заданном значении перекрываемого пролета L включает определение числа точек крепления вант к трубопроводу n,
высоты пилона h, длины вант lв, угла наклона оттяжек αот и длины оттяжек lот. Число точек крепления n находится из отношения
n = L/ l
(5.220)
и округляется в большую сторону до целого числа. При четном числе n=2,4,6...
центральные ванты сходятся в одной точке в середине пролета L, при нечетном числе n каждая ванта крепится к трубопроводу в отдельном сечении.
Высота пилона от верхней образующей трубы до вершины принимаются из соотношения:
1
1
h =
−
L ,
(5.221)
6
8
а общая высота пилона hn включает диаметр трубопровода и расстояние от точки опирания трубопровода до опорной поверхности фундамента mк
hn = h + Dн +mк .
(5.222)
Угол наклона первой ванты к горизонту
α1
= arctg h
,
(5.223)
l
ее длина определяется как
lв1 =
h
.
(5.224)
cosα1
Вертикальное усилие Рв1, действующее на ванту
506
P
= q
l
прав
l
лев
+
,
(5.225)
2
2
в1
тр
где qтр – расчетная нагрузка от действия собственного веса трубопровода; lправ,
lлев – пролеты трубопровода, примыкающие к точке подвески ванты справа и слева.
При lправ = lлев = l имеем
Рв1= qтр l .
(5.226)
Продольное растягивающее усилие в ванте Nв1 находится из выражения
Nв1 = Рв1/sinα1 .
(5.227)
Геометрические размеры и усилия в остальных вантах определяются
аналогично. Так, α2 = arctgh/ 2l; lв2 = h/ cosα2
и т.д.
Угол наклона оттяжки к горизонту αот определяется из условия его равенства углу наклона равнодействующей продольных усилий в вантах, сходящихся на одной опоре.
Равнодействующую Νр найдем, разложив растягивающие усилия в вантах
на вертикальную Νвверт и горизонтальную Νвгор составляющие:
Νвверт = Рв ;
(5.228)
Ν вгор =
Рв
.
(5.229)
tgα
Тогда
Ν в = (∑Ν вверт) + (∑Ν вгор)2 .
(5.230)
Угол наклона равнодействующей к горизонту
α р = arctg
∑Ν вверт
,
(5.231)
∑Ν вгор
соответственно, угол наклона оттяжки
αот = αр .
(5.232)
Отсюда вытекает, что продольное растягивающее усилие в оттяжке
507
Νот равно результирующей в вантах Νр, т.е.
Νот =Νр .
(5.233)
Расстояние между пилоном и анкерной опорой
lа = hn / tgαот ,
(5.234)
длина оттяжки
lа = ln / cosαот .
(5.235)
Вертикальное усилие, действующее в пилоне,
Nn = Nот sinαот + Nр sinαр = 2Nр sinαр .
(5.236)
5.2.6. Расчет гибкого висячего перехода
При пересечении трубопроводом горных рек, ущелий, рек с сильно блуждающим руслом, режепри пересечении дорог широко используются висячие системы.
Расчетная схема гибкого висячего перехода изображена на рис.5.34. Расчет перехода включает расчет несущего и ветрового канатов, подвесок и ветровых оттяжек, пилона и анкерных опор [24; 42; 66; 92].
5.2.6.1. Расчет несущего каната
Порядок расчета несущего каната следующий.
1. При известной длине пролета L задаемся стрелой провисания f. Обычно f несущих канатов назначают при пролетах до 100 м в пределах 1/8-1/10 пролета, при пролетах более 100 м – 1/10 -1/12 пролета. Под действием равномерно распределенной нагрузки по длине пролета перехода очертание канатов получается близким к параболическому:
