Tipovye_raschyoty_pri_sooruzhenii_i_remonte

79

4. Давление грунта qгр на трубопровод ориентировочно можно определить как

где nгр - коэффициент надежности по нагрузке от веса грунта, равный 1,2, а

при расчетах на продольную устойчивость и устойчивость положения – 0,8; γср - удельный вес грунта; hср - средняя глубина заложения оси трубопровода.

5. Гидростатическое давление воды qв.г определяется весом столба

жидкости над рассматриваемой точкой при коэффициенте надежности по нагрузке nв.г =1,0

где γв - удельный вес воды с учетом засоленности и наличия взвешенных частиц; hв - высота столба жидкости над рассматриваемой точкой.

Временными называются нагрузки и воздействия, которые в отдельные периоды строительства и эксплуатации могут отсутствовать.

К длительным временным нагрузкам и воздействиям относятся:

1. Внутреннее давление р, рабочее (нормативное) значение которого

устанавливается проектом. Для нефтепроводов и нефтепродуктопроводов принятое давление не должно быть ниже упругости паров транспортируемого продукта при максимальной расчетной температуре. Внутреннее давление вызывает в стенках трубопровода кольцевые и продольные напряжения. Кольцевые напряжения σкц [10] действуют тангенциально поверхности

трубопровода

где np - коэффициент надежности по нагрузке от внутреннего давления,

равный 1,15 для нефтепроводов диаметром 700 – 1400 мм с промежуточными перекачивающими станциями без подключения емкостей и 1,1 – в остальных случаях; δн- номинальная толщина стенки трубы.

Продольные напряжения от внутреннего давления в прямолинейном полностью защемленном подземном или надземном трубопроводе

80

где µ - коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона), для стали µ =0,3.

Для участков подземного трубопровода у мест выхода на поверхность на поворотах, где не обеспечивается полное защемление грунтом, а также для надземных трубопроводов, в которых предусмотрена компенсация температурных деформаций

2. Нагрузка от веса продукта, находящегося в трубопроводе единичной длины, Н/м:

• при перекачке газа

где nпр- коэффициент надежности по нагрузке от веса продукта ( nпр=1,0), а при расчетах на продольную устойчивость и устойчивость положения ( nпр=0,95);

ρгаз - плотность газа, кг/м3 при температуре 0 °С и давлении 0,1 МПа; g- ускорение свободного падения, g= 9,81 м/с2; Dвн - внутренний диаметр трубы,

см; z - коэффициент сжимаемости газа; T – абсолютная температура, К (T = 273 + t, где t – температура газа, °С).

Для природного газа допускается рассчитывать qпрн по эмпирической зависимости:

где ρгаз - рабочее (нормативное) давление, МПа; Dвн - внутренний

диаметр трубы, см;

• при перекачке нефти и нефтепродуктов

g= 9,81 м/с2; Dвн - внутренний диаметр трубы, см.

81

3. Температурные воздействия вызывают в полностью защемленном подземном или надземном трубопроводе продольные напряжения, определяемые при коэффициенте надежности по нагрузке nt =1,0 по формуле:

где αt - коэффициент линейного расширения металла труб, для стали αt =0,000012 град-1; ∆t - расчетный температурный перепад,

Здесь tэ – максимальная (или минимальная) возможная температура стенок трубы в процессе эксплуатации определяется в технологической части проекта;

tф - наименьшая (t x ) или наибольшая (tm ) температура, при которой

фиксируется расчетная схема трубопровода (при известном календарном сроке замыкания трубопровода tф находится в Справочнике по климату России),

где tнx ,tнm - нормативные температуры наружного воздуха в холодное и теплое время года (Приложение П),

Здесь tI ,tVII - многолетние среднемесячные январская и июльская температуры воздуха, принимаемые по СНиП 2.01.07-85* [112] или СНиП 23-01-99 [121] в

температурный перепад можно принять ± 40 oС, надземных - ± 50 oС.

К кратковременным относятся нагрузки и воздействия, действие которых может длиться от нескольких секунд до нескольких месяцев.

4. Снеговая нагрузка qc , приходящаяся на единицу длины надземного трубопровода, подсчитывается по формуле:

82

где рсн.п- нормативное значение веса снегового покрова на 1 м2 горизонтальной

поверхности земли, принимаемое по СНиП 2.01.07-85* [112] в зависимости от района строительства (Приложение П):

сc - коэффициент перехода от веса снегового покрова на единицу поверхности

земли к весу снегового покрова на единицу поверхности площади на уровне прокладки трубопровода, для одиночного трубопровода сc =0,4.

5. Гололедные нагрузки для случаев, когда возможно обледенение надземного трубопровода, рассчитываются по формуле:

где qлед и qледн - соответственно расчетная и нормативная нагрузки, Н/м;

nлед - коэффициент надежности по гололедной нагрузке, nлед=1,3; b - толщина

слоя гололеда, нм, принимаемая согласно СНиП 2.01.07-85* [112] в зависимости от района строительства (Приложение П):

k – коэффициент, учитывающий изменение толщины слоя гололеда в зависимости от высоты положения трубопровода над поверхностью земли:

83

Dн – наружный диаметр трубы, см.

6. Ветровая нагрузка на трубопровод, действующая в горизонтальной плоскости перпендикулярно к его оси,

где nвет - коэффициент надежности по ветровой нагрузке в СНиП 2.05.06-85* [112], nвет =1,2; qcн - нормативное значение статической составляющей ветрового давления на трубопровод (в Па), происхождение которой обусловлено средней скоростью ветра; qдн - нормативное значение

динамической составляющей ветрового давления на трубопровод (в Па), происхождение которой обусловлено пульсацией ветрового потока.

Величина qснопределяется как

где qон - нормативное ветрового давление на вертикальную плоскость,

принимаемое по СНиП 2.01.07-85* [112] в соответствии с районом строительства (Приложение П):

сх – коэффициент лобового сопротивления трубопровода ветровому потоку, определяемый по графику на рис.2.1, в зависимости от числа Рейнольдса

для воздуха с кинематической вязкостью 0,145 10−4 м2/с при температуре 15 °С и давлении 0,1 МПа. Здесь qон подставляется в Па, а Dн- в м.

Нормативное значение динамической составляющей ветрового давления подсчитывается по формуле:

84

где ν - коэффициент пространственной корреляции пульсации давления ветра, принимаемый для существующих диаметров в зависимости от длины трубопровода L :

ζ - коэффициент пульсаций давления ветра, принимаемый в зависимости от

В формуле (2.28) значение qcнберется в Па, первая частота собственных колебаний fк- в Гц. Величину fк рассчитывают с учетом конструктивной схемы прокладки трубопровода. Так, для балочных систем с жесткими опорами

где l- расстояние между опорами, определяемое прочностным расчетом: I - осевой момент инерции поперечного сечения металла трубы,

g - ускорение свободного падения, м/с2; qmp - вес единицы длины трубопровода с продуктом, Н/м,

α - коэффициент, принимаемый в зависимости от характера закрепления на опорах, конструктивной схемы трубопровода и формы колебаний. Для первой формы колебаний значения α1 приводятся в табл. 2.3 и на графиках (рис.2.3).

Для других конструктивных схем прокладки надземных переходов трубопроводов значение f определяется по формулам, приведенным в [66, 92].

Предельное значение частоты собственных колебаний, при котором допускается не учитывать динамическую составляющую ветрового давления, определяется по СНиП 2.01.07-85*[112] в зависимости от района строительства при значении логарифмического декремента колебаний δд=0,15.

85

Таблица 2.3

Коэффициент α1 для балочных трубопроводов с разными пролетами,

лежащих на жестких опорах

Остальные нагрузки и воздействия, учитываемые при расчетах трубопроводов, будут рассматриваться по мере необходимости в других главах.

Нагрузки и воздействия обычно действуют на сооружения совместно в тех или иных сочетаниях. Эти сочетания устанавливаются из анализа реальных вариантов одновременного действия различных нагрузок для рассматриваемой стадии работы конструкции или ее основания. По СНиП 2.0107-85* [112] устанавливаются основные сочетания нагрузок и воздействий, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных, и особые сочетания, включающие в себя, кроме нагрузок основного сочетания, одну из особых нагрузок, например, сейсмическую, взрывную, технологическую и т.п.

При учете сочетаний, включающих постоянные и не менее двух временных нагрузок, расчетные значения временных нагрузок или соответствующих им усилий следует умножать на коэффициенты сочетаний, равные:

87

в основных сочетаниях для длительных нагрузок ψс1 = 0,95; для кратковременных ψс2 = 0,9;

в особых сочетаниях для длительных нагрузок ψс1 = 0,95; для кратковременных ψс2 = 0,9; при этом особую нагрузку следует принимать без

снижения.

При учете основных сочетаний, включающих постоянные нагрузки и одну временную нагрузку (длительную или кратковременную), коэффициенты ψс1 и ψс2 вводить не следует.

2.2.Прочность подземных трубопроводов

В настоящее время все металлические тонкостенные листовые конструкции, включая магистральные и промысловые трубопроводы, рассчитываются по методике предельных состояний, при переходе в которые нормальная эксплуатация конструкции становится невозможной.

Расчет стальных подземных трубопроводов ведется только по 1 предельному состоянию, т.е. по несущей способности, определяемой прочностью на разрыв под действием внутреннего давления транспортируемого продукта с последующей проверкой против чрезмерных деформаций. При этом максимальное силовое воздействие должно быть меньше или равно минимальной несущей способности:

где Ν - внутреннее усилие в сечении трубопровода от суммарного действия расчетных нагрузок; Φ - несущая способность конструкции.

В развернутом виде выражение (2.32) запишется как

где nΝ н - расчетная нагрузка; n - коэффициент надежности по нагрузке; Ν н - нормативная нагрузка; m - коэффициент условий работы трубопровода; k - коэффициент надежности по материалу; kн - коэффициент надежности по

назначению; Rн - нормативное сопротивление материала; F - геометрическая характеристика поперечного сечения трубы.

88