Tipovye_raschyoty_pri_sooruzhenii_i_remonte

Переменная х является текущей координатой с нулевой точкой в центре приложения силы Рi. В конкретном случае, рассчитав коэффициент αж, из

каждого значения произведения αжх в первой колонке (см.табл. 5.21)

можно определить х, которое соответствует своя величина η. Наименьшее значение х, при котором функция η обращается в ноль, определим из выражения:

529

Максимальным значение реакции ϕi( x ) =ϕx max , будет в точке х=0.

Построив отдельные эпюры реакции основания от каждой сосредоточенной силы Рi сложением их ординат получаем суммарную эпюру реакции основания и находим зону ее распространения 2а (см.рис. 5.38).

2а

Рис.5.38. Эпюра реакции основания полотна дороги

Если принять, что нагрузка q, передаваемая на основание полотна дороги от действия транспорта, равномерно распределенная и q = ϕx max , напряжения в

грунте в любой точке с координатами x, z, действующие вертикально вниз, можно определить, используя формулу:

530

Для ординаты z, равной глубине заложения футляра до верхней образующей Н, напряжения σz будут максимальными σzmax при х=0. Расчетное давление от подвижного транспорта qn на футляр определяется как:

где nn - коэффициент надежности по нагрузке от подвижного транспорта, принимаемый равным 1,4 для вариантов нагрузки от колонны автомобилей и равным 1,1 для нагрузок от одиночных машин.

Нагрузка на оси автомобилей, прицепов и гусеничных тягачей в зависимости от класса, а также их другие технические характеристики приведены в табл. 5.22 и 5.23.

Таблица 5.22

Основные показатели автомобилей, учитываемые в нормативных нагрузка Н-30 и Н-10

Значения σzmax можно также найти без расчета по формуле (5.312), если воспользоваться данными табл. 5.24.

При заданном значениия (вертикальная координата точки на верхней образующей футляра) и найденном значении q (половина зоны

531

распространения эпюры реакции основания дороги) определяем отношение b/а и по табл. 5.23 отыскиваем соответствующее значение σzmax / q. Зная величину

q = ϕхmax, находим σzmax.

Толщина стенки кожуха (футляра) δк (см.рис. 5.36) определяется из условия прочности по формуле:

где N – расчетное поперечное сжимающее усилие в наиболее напряженном сечении футляра, отнесенное к единице длины футляра,

М – расчетный изгибающий момент в наиболее напряженном сечении футляра, отнесенный к единице его длины,

Таблица 5.23

Основные показатели колесных прицепов класса НК-80 гусеничных тягачей класса НГ-60

532

Таблица 5.24

Безразмерные напряжения σzmax/ q от распределенной нагрузки q = ϕхmax при х=0

5.3.2. Оценка напряженно-деформированного состояния трубопровода на переходах через автомобильные дороги

Надежность трубопроводных систем в значительной степени определяется уровнем действующих в них напряжений и деформаций. Напряженно-деформированное состояние (НДС) трубопроводов формируется рядом факторов, среди которых следует отметить технологические, природные, коррозию, местные дефекты трубопровода, неучтенные на стадии проектирования нагрузки и воздействия.

Рассмотрим, какие возникают дополнительные напряжения и деформации в трубопроводе по последней причине. Например, при пересечении строящейся автодороги с существующим трубопроводом на него действует неучтенная при проектировании нагрузка q от давления насыпи, плотна и подвижного состава, вследствие чего возникают дополнительные напряжения от изгиба. Кроме того, из-за неравномерности осадки грунта может произойти оседание насыпи дороги на участке перехода, что ведет к дальнейшему повышению дополнительной нагрузки на трубопровод при восстановлении полотна дороги и, как следствие, к увеличению изгибающих напряжений и стрелы прогиба трубопровода на этом участке.

Учитывающие такие воздействия расчетные схемы переходов трубопроводов под дорогами представлены в табл.5.25. Там же указана область применения данных расчетных схем и приведены формулы для определения максимальных значений изгибающего момента Мmax и прогиба Vmax. Принято, что прилегающие участки трубопровода работают в поперечном направлении, как балки на упругом основании, в продольном – в области упругой связи трубы с грунтом. Участки 1 для схем 3 и 4 работают на продольно-поперечный изгиб. Коэффициенты k, k1, α, β определяются по формулам:

533

Таблица 5.25

Расчетные схемы переходов трубопроводов под автодорогами

534

ku - коэффициент постели грунта при сдвиге; A - площадь поперечного сечения трубы.

Постоянные А, В, С, D находятся из условий неразрывности и совместности деформаций трубопровода на границах смежных участков.

Входящие в формулы (5.325) – (5.327) неизвестное продольное усилие Νо определяется из условия, что продольное перемещение конца первого участка, вызванное действием продольно-поперечного изгиба, равно продольному перемещению граничного сечения прилегающего к переходу участка, вызванному действием продольного усилия:

где V – общее решение дифференциального уравнения изгиба трубы

Мо, Qo – постоянные, имеющие смысл изгибающего момента и поперечной силы в начале координат участка I; Vo – прогиб трубы в конце первого участка.

5.3.3. Выбор оборудования при строительстве трубопроводных переходов через дороги

В зависимости от интенсивности движения, категорийности дорог, диаметра трубопровода, методов производства работ, грунтовых условий укладку трубопроводов осуществляют следующими способами:

открытым, при котором трубопровод укладывают в траншею, устроенную в насыпи дороги, с перекрытием движения транспорта и устройством объезда для движения транспорта;

535

Таблица 5.26

Рекомендуемые способы бестраншейной прокладки трубопроводов

закрытым, без перекрытия движения транспорта; при этом для укладки футляра (кожух) через дороги применяют методы бестраншейной проходки.

536

Открытый способ используется там, где имеется возможность временно прекратить движения транспорта или устроить временные объезды, т.е. на дорогах с низкой интенсивностью движения, III-V категорий [126].

Открытый (траншейный) способ строительства переходов под автомобильными дорогами включает следующие способы организации работ:

•без нарушения интенсивности движения транспорта (с устройством объезда или переезда);

•с перекрытием движения транспорта в два этапа на одной половине ширины дороги, затем на другой;

•с краткосрочным перекрытием движения транспорта по дороге (без

устройства объезда или переезда).

При пересечении дорог в сложных географических и гидрологических условиях может быть применено строительство тоннелей открытым способом. Например, такой переход был сооружен на нефтепроводе КТК при пересечении автодороги Краснодар – Новороссийск.

Закрытый способ (бестраншейная проходка) применяется без ограничений, т.е независимо от категории дорог, интенсивности движения транспорта, категории грунтов и диаметра трубопровода.

При закрытом способе прокладки кожухов (футляры) применяют три основных методах проходки: прокол, горизонтальное бурение и продавливание. На сложных участках могут применяться следующие методы: наклоннонаправленное бурение, микротоннелирование, тоннельная проходка.

Выбор бестраншейного способа прокладки труб зависит от диаметра и длины трубопровода, физико-механических свойств и гидрогеологических условий разрабатываемых грунтов. Выбор способа также зависит от наличия в строительных организациях соответствующих трубопрокалывающих, продавливающих и бурильных агрегатов, установок и оборудования. Для облегчения выбора можно воспользоваться рекомендациями, приведенными в табл. 5.26.

В табл. 5.27 приведены некоторые экономические показатели на 1 м прокладки защитного футляра различными методами.

Таблица 5.27

Экономические показатели на 1 м прокладки защитного футляра

537

5.3.3.1 Прокладка труб способом прокола

При бестраншейном сооружении трубопроводов методом прокола применяются различные по форме наконечники. Наиболее распространены наконечники в виде прямого кругового конуса. При использовании наконечников такого типа наблюдается минимальное сопротивление грунта проколу. От угла заострения наконечника существенно зависит усилие прокола.

Для определения лобового сопротивления и оптимального угла заострения рассмотрим наконечник в виде прямого кругового конуса радиусом R и углом заострения α (рис.5.39), перемещающийся в однородном грунте с постоянной скоростью под действием силы Р (лобовое усилие прокола).

Рис.5.39. Расчетная схема для определения лобового сопротивления и оптимального угла заострения наконечника

Лобовое усилие при проколе можно определить по выражению:

где σr – напряжения, при которых обеспечивается течение грунта в радиальном направлении, для практических расчетов принимаемые равными напряжениями при полном уплотнении грунта, для глин σr = 1500 – 2000 кН/м2; ϕ - угол внутреннего трения грунта, tgϕ =f; f – коэффициент трения грунта о наконечник. Исследуя выражение (5.330) на экстремум получаем зависимость для определения оптимального угла заострения конического наконечника

f = 0,25–0,4 в глинистых и f = 0,4–0,55 в песчаных грунтах 2αопт= 45° – 50°, что соответствует практическим результатам прокола.

538