Добавил:

euroduck97 ac3402546@gmail.com Направление обучения: транспортировка нефти, газа и нефтепродуктов группа ВН (Вечерняя форма обучения) Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина

Предмет:

Основы проектирования и строительства трубопроводных систем

Файл:

Tipovye_raschyoty_pri_sooruzhenii_i_remonte

.pdf

Скачиваний:

331

Добавлен:

01.06.2021

Размер:

18.76 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 6364 / 8364 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 > Следующая >>>

1 − q

A = − aC1sha

− C2 (cha

−1)+

(sha

− a)+

[sh(a

− aq )

− a + aq ]

;

(6.103)

(6.104)

Б = ch(a − a3 )−1 + P1[ch(a − a1 )−1]+ P2 [ch(a − a2 )−1].

Безразмерный параметр hmax высоты подъема равен:

[sh(a

1 (cha

−1)+

(sha

− a

)

− a

)− a

+ a

max

− a

− cha

1− q

1− ch(a

− a

(6.105)

~ ~

P1P3

[sh(a

− a )

− a

+ a ]+

P2P3

[sh(a

− a

)

− a

+ a

Здесь a0 = kl0, где l0 – расстояние от точки начала подъема (где h = 0) до сечения, где прогиб максимален.

Значение a0 определяется решением уравнения

sha0 −a0

С1

sha

(cha

−1)+

[ch(a

−a

)−1]−

−

~ ~

(6.106)

− (1−q) [sh(a −a

)−(a −a

)]+

P1P3

[ch(a −a )−1]

P2P3

[ch(a −a )−1]= 0.

a3q

0 1

Формулы

(6.95)

–

(6.106)

устанавливают

зависимость между

напряжениями в стенке трубопровода и параметрами демонтажа – Р1, Р2, Р3, l1, l2, l3, L, hq, qтр, q. Суммарные продольные напряжения будут равны:

σпр = ±	М	−	N	.	(6.107)
	W
			F

В случае, когда на изогнутом участке действует сжимающее продольное усилие для указанных граничных условий определяется прогиб оси трубы по формуле:

coskx −1 +C

kx − sinkx

+ q1

−coskx

− x

(6.108)

qтр

− q 1

−cosk(x −lq )

− xq )2

k(x −l

)− sink(x −l

)

−

+ ∑Pi

i=1

629

Значения изгибающих моментов определяются по формуле (6.71). Безразмерные параметры изгибающих моментов для характерных сечений определяются по формулам:

~ sin a

cos a

− C cos a

−

при х =l1;

(6.109)

sin a

cos a

~ ~ sin(a

− a

)

− C cos a

−

+ P P

при х

= l2;

(6.110)

sinaq

cosaq

~ ~ sin(aq − a1)

~ ~ sin(aq − a2 )

ω = С2

−C1 cosaq

−

+ P1P3

+ P2P3

(6.111)

при х = lq;

sina

cosa

(1−q )

ω =

−C cosa

−

[cos(a

−a

)−1]

при х = l3;

(6.112)

~ ~

− a3 − sin(a − a3 )]−

С1 =

2h3h4

−

(a − sin a)

−

cos a −1

(a − aq )2

cos a

1 − q

− cos(a − aq )−

− q

−

(6.113)

~ ~

−

P1P3

− a − sin(a − a )]−

P2 P3

− a

− sin(a − a

)] ;

(cos a3 −1) a

С2 = a

− sin a

− aC1

− cos a3

−

− a

)−

− a

−

(6.114)

− 1 (1− q) 1− cos(a

~ ~

[a3 − a1 − sin(a3

− P1P3

− a1 )]− P2P3[a3 − a2 − sin(a3 − a2 )]};

(6.115)

где

(sin a − a)−

− q

[sin(a

− aq )− a + aq ], (6.116)

В = aC1 sin a − C2 (1 − cos a)−

630

Г =1 − cos(a − a3 )+ P1[1 − cos(a − a1 )]+ P2 [1 − cos(a − a2 )],

P3 = qтр L P3 .

Безразмерный параметр hmax

высоты подъема равен:

(cos a

−1)+

− sin(a

)]+

− sin a

− a

max

− a

− cosa

1 − q

1 − cos(a

− a

)

~ ~

P1P3

− a

− sin(a

− a )]+

P2 P3

− a

− sin(a

− a

)].

Значения а0 определяются решением уравнения

−a )]+ (sina0 −a0 )

С2

(1−cosa )−

sina

[1−cos(a

~ ~

(1−q)

[sin(a

−a )−(a

)]+

[1−cos(a

−a )]+

P P

−cos(a −a )]=0.

−a

1 3

a3q

(6.117)

(6.118)

(6.119)

(6.120)

Формулы (6.109) – (6.120) устанавливают зависимость между напряжениями в стенке трубопровода и параметрами демонтажа P1, P2, P3, l1, l2, l3, L, qгр, q, hq.

Суммарные продольные напряжения определяются по формуле (6.107) с учетом правила знаков, затем выполняется проверка на отсутствие пластических деформаций в стенке трубы.

6.8.2. Расчет параметров демонтажа трубопровода без вскрытия траншеи

Эффективность капитального ремонта методом параллельной прокладки и замены трубопровода во многом зависит от затрат времени и средств на демонтаж заменяемого участка трубопровода. Правила капитального ремонта магистральных газопроводов ВСН 51-1-97 предусматривают операцию извлечения заменяемого трубопровода без вскрытия траншеи с рыхлением или частичным удалением грунта засыпки, что значительно сокращает затраты времени и ресурсов на выполнение земляных работ. Как показали наши исследования, при демонтаже отработавших свой срок трубопроводов различного назначения можно обойтись без снятия плодородного слоя и полного вскрытия траншеи, так как при этом содержание

631

минерального грунта в гумусном слое не будет превышать 7,5%, при том, что сроки вывода земли из оборота и затраты ресурсов будут минимальными.

В этом случае технология демонтажа трубопроводов диаметрами 377 – 820 мм выполняется по схеме, представленной на рис. 6.12, а, а способ и устройства для реализации метода защищены в авторских свидетельствах №№ 1668801 (1991г), 1784793, 1784794 (1992г). Количество трубоукладчиков и набор технических средств уточняются в соответствии с диаметром трубопровода и видом грунта.

На рис. 6.12, а показана схема демонтажа, используемая в промышленных условиях при демонтаже отработавших газопроводов диаметрами 377 и 530 мм. Демонтаж выполняется с предварительным рыхлением грунта засыпки рыхлителем бульдозера на максимально допустимую глубину с оставлением защитного слоя грунта над верхней образующей трубы не менее 0,2 м.

аа

2 3

h	p
	h

qгр бб

qтр

1	R	0
h		0

Рис. 6.12. Технологическая схема извлечения трубопровода диаметрами 377 – 820 мм без удаления грунта засыпки: а) схема выполнения работ; б) расчетная схема; 1 – бульдозер с рыхлителем; 2 – трубоукладчик; 3 – троллейная подвеска; 4 – извлеченный трубопровод

Целью расчета является проверка отсутствия пластических деформаций в процессе демонтажа без вскрытия траншеи при зазорной глубине заложения трубопровода, известных характеристиках грунта засыпках и сечения трубы с уточнением, при необходимости, числа и взаиморасположения грузоподъемных средств. Расчетная схема для рассматриваемого случая показана на рис. 6.12, б. Сопротивление грунта вертикальному перемещению трубопровода показано треугольная часть и эпюры нагрузок.

632

Сопротивление грунта перемещению трубопровода единичной эпюры в случае его подъема с предварительным рыхлением на глубину hp определятся с учетом толщины защитного слоя грунта а, в пределах которого грунт остается

неразрыхленным в соответствии со схемой рис. 6.13 по формуле:

гр

= γ[D (а+0,11D )+в2

tg0,7ϕ]+γ

−в)+(h

−в)2 tg0,7ϕ

с в

kc(h

−в)

(6.121)

+ 0,7

cos0,7ϕ

cos0,7ϕр

где γ, с, φ – соответственно удельный вес, сцепление и внутреннего трения защитного слоя грунта ниже границе рыхления (плотный грунт), определяются по СНиП 2.02.01-83* для грунтовых засыпок в зависимости от степени уплотнения или путем лабораторных испытаний образцов; γр, φр – удельный вес и угол внутреннего трения, определяемые с учетом коэффициента остаточного рыхления и влажности по исходным характеристикам грунта φ, γ; Dн – наружный диаметр трубопровода; α – толщина защитного слоя грунта; в – расстояние от нижней границы зоны рыхления до оси трубопровода; k – коэффициент, учитывающий восстанавливающуюся часть сцепления разрушенного грунта, k = 0,2 – 0,3.

	р
	h
	0
	h
1	нижняя граница зоны
h	нижняя граница зоны
	разрыхления
	а
	в
	Dн

Рис. 6.13. Расчетная схема для определения сопротивления поперечному перемещению трубы с предварительным рыхлением грунта

Усилие подъема, необходимое для выдергивания трубопровода, определяется по зависимости:

р = ql1 + qтрl2 − R0 − RA ,

(6.122)

633

где qтр – вес трубопровода; q = qтр +	qгр	- усредненная распределенная
	2

нагрузка с учетом распределения грунта на участке l1.

Реакция грунта в точке опирания О определяется по зависимости:
R =	6EIh1	+	ql1	.	(6.123)
R =		+		.	(6.123)
0	l3	4
	1

где h1 – высота подъема трубопровода, принимаемая равной расстоянию от поверхности грунта до нижней образующей трубы.

Величина пролета l1 определяется по формуле:

l1 = 2,46 4

EIh1 .

(6.124)

Далее определяется изгибающий момент в опорном сечении

трубопровода:

ql2

М =

6ЕIh

−

(6.125)

угол поворота сечения в точке подвески

6EIh1

α1

ql1

(6.126)

−

2EI

и длина пролета справа от точки подвески

			М				qтр

l = 2	2			соs 60o −1 arccos		3EIα


2		qтр			3	1	2	M
2		qтр			3	1	2	M

Опорная реакция в точке А определяется по зависимости:

RA =	qтрl2	+	M	.
	2		l2

	(6.127)
.	(6.127)


	(6.128)

В завершение определяются напряжения от изгиба в стенке трубы и

проверяется отсутствие пластических деформаций:
σ =	М ≤ 0,9Rн .		(6.129)
	W	2
	W

Экспериментальная проверка предложенной методики расчета напряженно-деформированного состояния проводилась на подземном трубопроводе диаметром 529 мм с толщиной стенки 8 мм. Скоростной демонтаж выполнялся в соответствии со схемой, показанной на рис. 6.12.

Глубина заложения до верха трубы составила повсеместно около 1 м. Мощность растительного слоя грунта доходила до 0,4 – 0,5 м, преимущественный вид грунта засыпки – суглинок красновато – бурый, легкий

снезначительными включениями гумуса, повышенной степени уплотнения.

Впроцессе демонтажа измерялись следующие параметры:

1.Вертикальное усилие на крюке трубоукладчика в статическом положении при разных значениях высоты подъема.

2.Усилие подъема на крюке трубоукладчика в движении.

634

Предварительно производилось рыхление грунта впереди по ходу на глубину hp =0,8 м.

Высота подъема в статическом положении изменялась от 0 до 1 метра. Было выполнено два подъема в статическом положении на двух соседних участках, сходных по условиям.

							Таблица 6.17
Зависимость усилия выдергивания от высоты подъема
Высота	Показания индикатора ДОР-				Усилие выдергивания в движении
подъема от		50, деления				Р, кН
дна траншеи h,	на 1-ом		на 2-ом	среднее	по		рассчитанное по
м	участке		участке		эксперименту		формуле (6.121)
0,25	9		9	9	7,8		8,1
0,50	85		65	75	65,0		61,9
0,75	130		125	127,5	110,0		101,8
1,0	221		220	220,5	191,0		181,41

После подъема трубопровода на высоту 1,0 м и выхода верхней образующей из грунта трубоукладчик вместе с очистными устройствами приходит в движение, перемещая троллейную подвеску, начинает процесс непрерывного выдергивания. В движении при постоянной высоте подъема трубопровода, равной 1 м, замеренная вертикальная составляющая усилия подъема образцовым динамометром ДОР – 50 составила 191 кН. В табл. 6.17 приведено сопоставление экспериментальных данных, полученных на демонтируемом трубопроводе диаметром 529х8 мм с расчетными параметрами по предложенной методике, показывающее удовлетворительную сходимость результатов.

6.8.3. Расчет параметров демонтажа трубопровода с частичным удалением грунта засыпки

Трубопроводы диаметром 108 – 325 мм не обладают изгибкой жесткостью, достаточной для извлечения без удаления грунта засыпки даже при рыхлении грунта. Для демонтажа таких трубопроводов предлагается технология извлечения труб с частичным удалением грунта засыпки и применением устройства разработанного ГУП «ИПТЭР».

Технологическая и соответствующая расчетная схемы извлечения трубопровода малого диаметра с использованием специального устройства и частичным удалением грунта засыпки показаны на рис. 6.14.

Сопротивление грунта защитного слоя, оставленного после частичного удаления грунта засыпки определяется по формуле:

q	гр	=γ D	(h − 0,39D )+ γ h2	tg0,7ϕ + 0,7 с h ,	(6.130)
	гр	н	н	cos0,7ϕ
				cos0,7ϕ

где h – толщина защитного слоя грунта после частичного удаления грунта засыпки (рис. 6.15); γ, φ, с – характеристики грунта засыпки.

635

Расчеты выполняются по формулам п. 6.8.1. Результаты расчетов параметров напряженно-деформированного состояния трубопроводов при извлечении без удаления грунта засыпки (Dн = 529 мм) и с частичным удалением грунта (Dн = 108 мм) приведены в табл. 6.18.

а	l1	l1	l1
		h
	1	2	3
	h	h	h
	qтр	К2	К3
б	qтр		RА
	К1
	qгр

Рис. 6.14. Демонтаж трубопроводов малых диаметров с частичным удалением грунта: а – технологическая схема; б – расчетная схема

		L
		отвал грунта
г	гумусный	слой
h	гумусный	слой
тр
h
	защитный слой грунта
h
		В

Рис. 6.15. Расчетная схема определения геометрических параметров при извлечении трубопровода методом частичного удаления грунта засыпки трубопровода

636

Таблица 6.18

Результаты расчетов напряженно-деформированного состояния трубопроводов при демонтаже без удаления и с частичным удалением грунта засыпки

Расчетные параметры	с	без
	частичным	удаления
	удалением	грунта
Диаметр трубопровода, мм	108	530
Материал трубы	Ст20	17Г1С
Временное сопротивление материала трубы σв, МПа	420	520
Предел текучести материала трубы σт	250	360
Удельный вес стали ρст, кН/м3	78,5	78,5
Осевой момент инерции I, м4	2,51·10-6	4,444·10-4
Осевой момент сопротивления W, м3	4,65·10-5	1,68·10-3
Вес трубопровода qтр, кН/м	1,51·10-1	1,03
Сопротивление грунта вертикальным перемещениям	6,14	9,54
трубопровода qгр, кН/м
Длина пролета участка трубопровода l1, м	4,63	26,32
Реакция грунта в точке 0 R0, кН	12,06	106,12
Изгибающий момент на опоре М1, кН/м	11,58	569,07
Вертикальное усилие на крюке трубоукладчика Р, кН	-	181,41
Напряжение в стенке трубы σ, МПа	249,01	338,7
Нормативное сопротивление трубопровода, равное	250	360
пределу текучести материала трубы R м , МПа
2
Экспериментально определенные значения усилия	-	191
выдергивания, кН
Расхождение, %	-	6,9

6.9. Прогнозный расчет размыва грунта засыпки трубопровода на склоне

6.9.1. Расчет дождевой эрозии склона с постоянным уклоном

Расчетная схема участка трубопровода, проложенного на участке склона с постоянным уклоном, приведена на рис. 6.16.

Способность грунта противостоять размывающему действию потока характеризуется величиной донной допускаемой неразмывающей скорости течения воды υ∆н. Размыв не происходит при выполнении условия, когда фактическая донная скорость потока υ∆x ниже донной допускаемой неразмывающей скорости [79].

637

Донная (т. е. на высоте выступа шероховатости ∆) допускаемая неразмывающая скорость для связных (глинистых) грунтов определяется по формуле:

υ∆н	=1,096	gmр		[(γ −γw )d + 0,044СшКнарКод].			(6.131)
υ∆н	=1,096	γw n		[(γ −γw )d + 0,044СшКнарКод].			(6.131)
		γw n
Для несвязных грунтов (песков) донная допускаемая неразмывающая
скорость равна:
			gmр		3,5 10−4
υ∆н	= 2,655			(γ −γw )d +		КнарКод .	(6.132)
υ∆н	= 2,655		γw n	(γ −γw )d +	d	КнарКод .	(6.132)
			γw n		d

В формулах (6.131), (6.132) g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2; γw – удельный вес воды, Н/м3; γ – удельный вес частиц грунта: для песков и супесей γ = 26500 Н/м3, для суглинков и глин γ = 27000 Н/м3; d – средний диаметр отрывающихся агрегатов грунта: для песков, супесей, суглинков и глин d = 0,001; 0,0031; 0,004; и 0,0043 м соответственно; n – коэффициент перегрузки, учитывающий влияние пульсации скоростей потока на его размывающую способность, при отсутствии данных специальных исследований n определяется по формуле:

n =1 +	d	;	(6.133)
	5 10−5 + 0,3d
mр – коэффициент условий размыва, определяемый как:
mр = m2 m3 m4 ,			(6.134)

где m2 – коэффициент, учитывающий наличие на склоне растительности, при отсутствии растительности m2 = 1, при наличии неокрепшего (однолетнего) травяного покрова m2 = 1,5, при наличии постоянного сенокоса или пастбища m2 = 9; m3 – коэффициент, учитывающий присутствие в потоке наносов, при наличии наносов в коллоидном состоянии m3 = 1,4, при отсутствии наносов (чистый поток) m3 = 0,85; m4 – коэффициент, учитывающий исходную влажность грунта, для грунта в водонасыщеном состоянии m4 = 1, для пересохшего грунта m4 = 0,25;

Сш - сцепление грунта, определенное по методу шарового штампа (метод Цытовича) при полном водонасыщении, для супесей, суглинков и глин Сш, составляет соответственно 20·103, 30·103 и 40·103Н/м2; Кнар- коэффициент, учитывающий уменьшение сил сцепления в грунте нарушенной структуры и восстановление их с течением времени, определяется по формуле:

			1			1	[1 − ехр(n t)],
К	нар	=		+ 1	−			(6.135)
К		=		+ 1	−			(6.135)
			Кр				ис
			Кр			Кр

где Кр - коэффициент разупрочнения, для песка, супеси и суглинка Кр = 3,2; 4,4 и 5,7 соответственно; пис - коэффициент интенсивности самоупрочнения, для песка и супеси пис = 0,08, для суглинка - 0,15; t- время, прошедшее с момента нарушения структуры грунта, лет; для грунтов естественного сложения Кнар

638

<<< < Предыдущая 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 6364 / 8364 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете Основы проектирования и строительства трубопроводных систем

#
01.06.202118.76 Mб331Tipovye_raschyoty_pri_sooruzhenii_i_remonte.pdf
#
01.06.202138.43 Mб21ВСТО трубопроводная система.ppt
#
01.06.20216.05 Mб57Описание технологических объектов транспорта газа.pdf
#
01.06.20215.41 Mб39Проектная документация Лукойл-Западная Сибирь.pdf
#
01.06.202114.36 Mб42Проектная документация Северный поток 2.pdf
#
01.06.202114.36 Mб31Северный поток-2.pdf