Учебное пособие СМТ

Ргр – давление от грунта засыпки на трубопровод, определяется в зависимости от формы поперечного сечения насыпи:

при трапециидальном профиле:

Для несвязных грунтов, таких как песок с Сгр = 0, значение E1 должно быть уменьшено на величину:

Пример. Проверить устойчивость прямолинейного участка газопровода III категории, уложенного в песчаной насыпи на болоте II типа.

Исходные данные: Dн = 1,22 м; P = 7,5 МПа; t = 48оС; δ = 0,0168 м; Dвн = 1,1864 м; F = 0,06347 м2; I = 0,011488 м4; qт.п = 6085,651 Н/м; S = 2,1306 МН; γгр =16000 Па/м3; φгр = 36о; Сгр = 0.

Назначаем предварительно размеры насыпи: h0 = 0,9 м; h1 = 1,40 м; αн = φгр = 36о; mн =1:1,38. hн = 1,4 + 0,9 = 2,3 м;

Находим предельное сопротивление грунта поперечному сечению трубопровода:

qв.п = Е2 + Е1 - Еакт = 4421,487 + 95359,23 - 6877,94 = 92902,779 Н/м.

= 0,0929 МН/м.

Сопротивление грунта продольному перемещению трубы:

τпр = 9963,4 ×tg36o = 7238,833Па = 0,007238 МПа;

р0 = 3,14 ×1,22 ×0,007238 = 0,0277 МПа.

Определяем продольное критическое усилие:

Nкр = 4 ×110,02772 ×0,09294 × 0,063472 × 2100005 ×0,0114883 = 41,31МН.

Проверяем условие устойчивости:

m × Nкр = 0,9× 41,31 = 37,179 МН;

2,1306 < 37,179МН.

Следовательно, принятые размеры насыпи удовлетворяют условию устойчивости трубопровода в продольном направлении.

Контрольные вопросы.

1.Как влияют размеры насыпи на устойчивость трубопровода?

2.Перечислите характеристики грунта влияющие на устойчивость наземного трубопровода?

3.Что такое коэффициент m и на что он влияет?

4.От чего зависит момент инерции поперечного сечения трубы?

5.Что означает III категория участка?

1.5. Расчет устойчивости наземных трубопроводов в насыпи на участках поворотов в горизонтальной и вертикальной плоскости

На участках поворотов трубопровода в горизонтальной и вертикальной плоскости размеры насыпи проверяются исходя из условия устойчивости трубопровода на сдвиг в сторону вместе с грунтом, расположенным над ним и со стороны, препятствующей сдвигу (рис. 2.):

Рис. 2. Расчетная схема нагрузок при определении сопротивления

где R – радиус изгиба оси трубопровода;

kсдв – коэффициент запаса по сдвигу грунта, принимаемый равным

1,25;

Рис. 3.

kβ – расчетный коэффициент, зависящий от угла поворота оси трубопровода в вертикальной плоскости βb, при , при βb ≤ 45о kβ = 1,

при βb > 45о

Значение lкр, f, R и βb связаны между собой следующими зависимостя-

ми:

Пример. Проверить устойчивость трубопровода в насыпи с размерами, рассчитанными в предыдущем примере, на участках поворотов в горизонтальной и вертикальной плоскости с Rmin = 1700 м и βb = 50o.

Определяем сопротивление грунта сдвигу трубопровода вместе с частью насыпи:

а = 1,76 + tg2,336o = 4,925 м;

+0,35×[6085,651+ 0,8×16000 ×1,22(2,3 -1,22)]+ 0 =

=65953,08Н/м.

Проверяем условие устойчивости (1.42)

kсдв × S = 1,25× 2,1306 = 0,00156 МН/м R 1700

= 1560 Н/м; 65953,08 > 1560 Н/м.

Условие устойчивости выполняется.

Находим длину криволинейного участка и стрелу изгиба трубопрово-

да:

lкр =1700 ×sin 502o = 718,45м;

= 1550 Н/м; 92902,779 > 1550 Н/м.

Условие выполняется. Проверяем условие (1.46):

kβ = sin 2 502о + cos4 504о =1,043 ;

2kу.п × S = 2 ×1,25× 2,1306 = 0,003МН/м = 3000 Н/м; kβ × R 1,043×1700

92902,779 > 3000 Н/м.

Условие выполняется. Устойчивость наземного трубопровода на участках поворотов в горизонтальной и вертикальной плоскости обеспечена.

Контрольные вопросы.

1.Как определяется устойчивость наземного трубопровода на участках поворотов в горизонтальной плоскости?

2.Как определяется устойчивость наземного трубопровода на участках поворотов в вертикальной плоскости?

3.Как влияет радиус упругого изгиба оси трубопровода на устойчивость?

4.Что можно предпринять, если условие проверки устойчивости наземного трубопровода на участках поворотов не выполняется?

5.Что может произойти, если не обеспечить необходимую устойчивость?

1.6. Расчет напряженного состояния трубопровода при изоляци- онно-укладочных работах

Укладка трубопровода в проектное положение может осуществляться совмещенным и раздельным способами. Выбор способа производства работ осуществляется с учетом принятой общей схемы организации строительства трубопровода и обосновывается технико-экономическими расчетами.

В процессе проведения изоляционно-укладочных работ каждое сечение трубопровода испытывает при его подъеме значительные напряжения от изгиба.

Весь приподнятый над землей участок трубопровода можно рассматривать как неразрезную многопролетную балку, в которой имеются две крайние зоны (пролеты) и одна средняя, заключенная между крайними трубоукладчиками (рис. 4.).

Рис. 4. Схемы расположения трубоукладчиков и машин в изоляционно-

укладочной колонне а – при раздельном способе производства работ;

б – при совмещенном способе производства работ; в – при укладке заизолированного трубопровода.

Параметры изоляционно-укладочной колонны (при совмещенном способе производства работ) можно установить с использованием диаграммы (приложение 8). При этом следует задаться технологической высотой подъема трубопровода в местах расположения очистной машины hоч (относительно поверхности строительной полосы) и изоляционной машины hиз (относительно дна траншеи), исходя из конкретных условий трассы.

Глубина траншеи h0 также должна быть известна (она назначается проектом).

Для расчета необходимо определить значение комплексов:

I комплекс – 0,164 hоч / hиз; II комплекс – 0,164 (hоч + h0) / hиз. Затем по диаграмме (приложение 8) находят (по цифровым обозначениям) соответствующие кривые: для первого комплекса – из серии сплошных кривых, для второго – из серии пунктирных. Точки пересечения кривых сносят на координатные оси и получают значения параметров α и β. При этом, как правило, получают две точки пересечения, что соответствует двум вариантам расстановки трубоукладчиков. Расчет ведут по двум вариантам, а на заключительном этапе выбирают приемлемый. Расстояния l1 и l2 определяют по формулам [6]:

где EI – изгибная жесткость трубопровода.

Усилие на крюках трубоукладчиков следует определять и выражений:

где Qоч и Qиз – вес очистной и изоляционной машин соответственно; 1, 2, 3 – индексы, обозначающие порядковый номер трубоуклад-

чиков по ходу колонны.