книги / Типовые расчеты при сооружении и ремонте газонефтепроводов
..pdfРис.5.20. Трубопроводный переход с поддерживающим элементом рабочего трубопровода в виде фермы:
а - с фермой прямоугольного сечения; б - с фермой сечением в виде равнобедренного треугольника; 1 - трубопровод; 2,4 —концевые опоры; 3 —ферма; 5 - решетка фермы; 6 - пояса фермы
Наличие фермы позволяет увеличить длину перекрываемого пролета в 2- 3 раза без устройства промежуточных опор при достаточной горизонтальной жесткости. Конструкция трубопроводного перехода может предусматривать наличие эксплуатационного мостика для осмотра и обслуживания трубопровода.
5.2.1. Расчет балочных переходов без компенсации продольных деформаций
При пересечении трубопроводами мелких рек, балок, оврагов и других естественных препятствий используются надземные балочные переходы, которые в конструктивном отношении могут выполняться одноили многопролетными, с компенсирующими устройствами и без установки компенсаторов. Наиболее экономными конструктивными схемами являются одно- и многопролетные (число пролетов не более четырех) надземные балочные переходы без компенсации продольных деформаций, т.е. без установки специальных компенсирующих устройств. Самокомпенсация продольных деформаций от изменения температуры, внутреннего давления; просадок опор и т.д. в таких системах прокладки обеспечивается за счет дополнительных прогибов трубопровода в вертикальной плоскости и сжатия материала труб [10; 92].
а
Рис.5.21. Однопролетный балочный переход без компенсации продольных деформаций:
а - конструкция перехода; б - расчетная схема; 1 - трубопровод; 2 - овраг; 3 —опорная плита
Конструкция и расчетная схема однопролетного балочного перехода без компенсации продольных деформаций изображены на рис. 5.21. Порядок расчета балочного перехода следующий.
1. При известной полной расчетной нагрузке qmp - qM+ qnpod + qCH+ qwd (см. п.2 .1 ) определяется длина перекрываемого пролета £ по формуле:
,= jl2W(R2 - с у , )
(5.149)
Qmp
где сГпр.р - расчетные продольные напряжения от действия внутреннего давления, определяемые для защемленного трубопровода по формуле (2 .1 0 ).
Соответствующая стрела прогиба, вызванная расчетной нагрузкой qmjrt
, |
1 |
9 m /4 |
(5.150) |
|
Jq |
384 ' |
E l |
||
|
2. Продольное усилие, действующее в трубопроводе
N =N ] + N 2 - 0,3(7^ F - a tEFAt |
(5.151) |
где <тку - расчетные кольцевые напряжения от действия внутреннего давления, определяемые по формуле (2.9).
При At<0 усилие N положительное (растягивающее), при ЛС>0 оно может быть как положительным, так и отрицательным (сжимающим).
3. Критическая (Эйлерова) сила
п 2Е1
(5.152)
т2
где iji - свободная длина рассматриваемого перехода; при одном пролете т]= 0,6, двух и более пролетах т]= 0,7.
4.Коэффициент £
^ Ш кр |
(5.153) |
Возможно как положительное, так и отрицательное значение £ Следует имегь ввиду, что расчет теряет смысл при 17V| >|Л^Р|.
5. Фактическая стрела прогиба
/*=/ ( 1-3 |
(5.154) |
При <£>0, когда усилие N отрицательное (сжимающее), фактическая |
стрела |
прогиба под действием этого усилия увеличивается по отношению, к f q. При £<0, когда усилие N положительное (растягивающее), фактическая стрела прогиба уменьшается по отношению кf q.
6. Изгибающий момент в наиболее напряженном опорном сечении от
действия расчетной нагрузки qmp |
|
М =qmp-e2/ n |
(5.155) |
7. Изгибающий момент от действия продольной силы |
|
м 2 = ^ / ф |
(5.156) |
8 . Суммарный изгибающий момент |
|
М = М\ + м 2 |
(5.157) |
При отрицательном значении усилия N момент М представляет по величине сумму М\ и М2, при положительном значении - разность этих моментов.
9. Продольные напряжения
Чтр раСЧСТНаЯ нагРузка от веса трубопровода, включающая дм, дпродгдсн и
а
Рис.5.22. Однопролетный двухконсольный балочный переход с компенсаторами :
а- конструкция перехода; б - расчетная схема; 1 - опора; 2 - компенсатор
Допустимы е напряжения изгиба [огпрл] определим, используя условия прочности для надземных трубопроводов, приведенное в СНиП 2.05.06-85* [114]:
\crnp\ |
\OT„pj~i~ CT„ppàl СТПр.и\^У^А^2 |
(5.163) |
Учитывая, что продольные деформации практически свободно реализую тся за счет компенсаторов (трением трубопровода на опорах пренебрегаем), crnpJ = 0 и апр. * апрр ± апрм. Продольные напряжения от действия внутреннего давления является растягивающими, следовательно, продольные усилия в трубопроводе N > 0 и щ ~ 1,0. Таким образом,
[сгпрм] < R2 - <тпрР , |
(5.164) |
где величина стпр.р рассчитывается по формуле (2 .1 1 ). М аксимальный прогиб в середине пролета
Максимальный допустимый пролет между опорами определяется из условия прочности по формуле:
li2mR2 - * npp]
(5.168)
V Ятр
Максимальный прогиб в середине пролета
, |
1 |
Я п,/4 |
(5.169) |
|
J |
384 |
El |
||
|
Максимальный изгибающий момент в пролете и изгибающий момент на опоре рассчитываются, соответственно, по формулам:
IV1Xм |
max |
= 4mpt |
(5.170) |
||
|
|
|
|
24 |
|
м |
on |
= 4mpt2 |
(5.171) |
||
|
|
12 |
|
||
5.2.2.3. Расчет компенсаторов
Наибольшее распространение в конструкциях балочных переходов получили Г-образные компенсаторы (рис. 5.24). Расчетные продольные напряжения изгиба в компенсаторе, вызванные изменением длины
7 7 7 Л 7 7 777— 7 7 7 7 7 /----7 7 7 —777
Рис.5.24. Г-образный компенсатор:
а -конструкция; б - расчетная схема
надземного участка трубопровода, максимальны в точке защемления и определяются по формуле [114]:
3 EDMAK
2 t \
где t K- вылет компенсатора (рабочая длина компенсатора); Ак - суммарное продольное перемещение трубопровода в месте примыкания его к компенсатору от воздействия температуры и внутреннего давления.
Максимально допускаемые напряжения [сткол,п] можно определить из условия прочности:
1<Ткамп\=К2 “ °>5<Т*Ч~ №«\ |
(5.173) |
где стм - дополнительные продольные напряжения от изгиба под действием поперечных и продольных нагрузок (усилий) в расчетном сечении компенсатора, определяемые согласно общим правилам строительной механики.
При расчете компенсаторов на участках трубопроводов, работающих при мало изменяющемся температурном режиме (на линейной части газопроводов, нефтепроводов и нефтепродуктопроводов), допускается согласно СНиП 2.05.06-85* [114] в формуле (5.173) вместо расчетного сопротивления Яг принимать нормативное сопротивление Яг
В наклонных компенсаторах, не являющихся одновременно опорами, и, напряжения ам могут быть вызваны вертикальной нагрузкой от собственного веса трубы и горизонтальной ветровой нагрузкой. Обычно эти напряжения незначительны и не учитываются в расчетах.
Используя выражения (5.172) и (5.173) можно при заданной рабочей
длине компенсатора t K определить |
максимально допустимую величину [Д], |
называемую компенсирующей способностью компенсатора, равную |
|
= |
(5.174) |
3 |
EDH |
Если же известно суммарное продольное перемещение трубопровода АК9 определяют необходимую рабочую длину компенсатора
/350,Л
(5.175)
\ 2 К одт]
При продольном перемещении трубопровода за счет его удлинения максимальная величина Акрассчитывается по формуле:
( °,2(ТТО |
) |
|
4 , = 4 + 4 = £( Е |
+а,А*1) |
(5.176) |