Учебное пособие СМТ

Прочность трубопровода при изоляционно-укладочных работах определяется исходя из условия:

где R2н - нормативное сопротивление растяжению (сжатию) металла труб и сварных соединений, следует принимать равным минимальному значению предела текучести σТ, установленного государственным стандартам и техническим условиям на трубы (приложение 2);

m - коэффициент условий работы трубопровода (приложение 3); k2 - коэффициент надежности по материалу (приложение 9);

kн - коэффициент надежности по назначению трубопровода (приложение 5).

Предельное значение изгибающих моментов, возможное при использовании трех трубоукладчиков, может быть достигнуто и при большем числе трубоукладчиков. Правда, необоснованное увеличение их числа в колонне является не выгодным. Кроме того, чем больше трубоукладчиков участвует в укладке, тем труднее синхронизировать их работу и тем чаще могут возникать различные отклонения действительных значений параметров от оптимальных расчетных – это приводит к появлению дополнительных напряжений в трубопроводе.

Однако в некоторых случаях возникает необходимость в увеличении числа трубоукладчиков, например при недостаточной грузоподъемности имеющихся трубоукладчиков. Увеличение числа трубоукладчиков против расчетного необходимо также при строительстве трубопровода в сложных условиях.(на сильно пересеченной местности, на болотах и т.д.). В каждом из этих случаев требуется индивидуальное решение задачи.

Пример. Рассчитать параметры изоляционно-укладочной колонны, производящей строительство трубопровода диаметром 1220 мм.

Исходные данные: h0 = 1,1 м; EI = 2412,48 МН · м2; k2 = 1,15; kн = 1,05; R2н = σТ = 412 МПа; m = 0,9;

hоч = 0,8 м; hиз = 1,4 м; Qоч = 50 кН; Qиз = 35 кН;

I комплекс – 0,164 hоч / hиз = 0,164 · 0,8 / 1,4 = 0,09;

II комплекс – 0,164 (hоч + h0) / hиз = 0,164 · (0,8 + 1,1) / 1,4 = 0,22.

Произведем расчет для первого варианта расстановки трубоукладчи-

ков при α = 1,48 и β = 1,92.

Расстояние между трубоукладчиками:

Аналогично произведем расчет для второго варианта расстановки трубоукладчиков при α = 1,62 и β = 2,37, результаты расчета сведем в таблицу

1:

Таблица 1 Параметры изоляционно-укладочной колонны при α = 1,62 и β = 2,37

С точки зрения нагрузок на трубоукладчики более выгодным является первый вариант.

Напряжение от изгиба в наиболее опасном сечении трубопровода:

σи = 0,809 × 2,1×105 ×106 ×1,1× 78500 =109 ×106 Па = 109МПа Расчетное сопротивление растяжению (сжатию) металла труб и свар-

ных соединений:

R2 = 412 × 0,9 = 307,08 МПа 1,15×1,05

109 < 307,08 МПа, следовательно, необходимая прочность обеспечивается.

Контрольные вопросы.

1.Какие способы укладки трубопровода вы знаете?

2.Что может произойти, если изоляционно-укладочная колонна будет отклоняться от расчетных значений?

3.В каких случаях допускается увеличение количества трубоукладчиков в изоляционно-укладочной колонне?

4.Какие коэффициенты влияют на расчетное сопротивление растяжению (сжатию) металла труб и сварных соединений R2н ?

5.Какие показатели необходимо учитывать при расчете изоляционноукладочной колонны?

II. ПЕРЕХОДЫ ТРУБОПРОВОДОВ ЧЕРЕЗ ЕСТЕСТВЕННЫЕ ПРЕПЯТСТВИЯ

2.1. Расчет устойчивости трубопровода на болотах при различных способах балластировки

Трубопровод, укладываемый в болотистом и обводненном грунте, должен быть закреплен против всплытия, если он имеет положительную плавучесть. Трубопровод закрепляют одиночными утяжеляющими железобетонными и чугунными грузами, сплошным бетонированием, металлическими винтовыми анкерными устройствами и засыпкой минеральным грунтом. Проверка против всплытия трубопроводов, прокладываемых на обводненных участках, выполняется по расчетным нагрузкам и воздействиям из условия:

сплошном бетонировании в опалубке 1,07; при сплошном бетонировании методом торкретирования 1,1; при балластировке грунтом 2;

Кн.в – коэффициент надежности при расчете на устойчивость положения трубопровода против всплытия, принимаемый равным для болот и периодически затопляемых участков 1% обеспеченности 1,05;

qдоп – расчетный вес продукта на воздухе, дополнительных обустройств в воде, а также обледенения в воде при транспортировке продукта с отрицательной температурой;

qв – расчетная выталкивающая сила воды, действующая на трубопровод (с учетом изоляции), определяемая по формуле:

δиз – толщина изоляционного покрытия (приложение 9, 10); γв – объемный вес воды с учетом растворенных солей и взвешен-

ных частиц грунта:

γв = 11·103 ÷ 11,5·103 Н/м3;

qтр – расчетный вес трубопровода (с учетом изоляции) на возду-

хе,

где nс.в – коэффициент перегрузки, при расчетах на продольную устойчивость и устойчивость положения принимается равным 1.

Нормативное значение веса изоляции определяется так[1]:

где γиз – объемный вес изоляции (приложение 10).

Расстояние между отдельными грузами балластировки трубопровода определяется по формуле:

где Qг.ср – средний вес одного груза в воздухе (приложение 12, 13); Vг.ср – средний фактический объем груза:

для железобетонных грузов

Параметры одиночных грузов приведены на рис. 5. и 6. и в приложе-

нии 12 и 13.

Рис. 5. Железобетонный седловидный груз

Рис. 6. Чугунный кольцевой груз

При сплошном бетонировании требуемый наружный диаметр забалластированной трубы определится из выражения:

где γб – объемный вес бетона, γб = 22·103 Н/м3; Dиз – диаметр заизолированного трубопровода.

При балластировке металлическими винтовыми анкерными устройствами (рис. 7.) расчетное усилие (допускаемая нагрузка) Банк определяется по формуле:

где Zанк – число анкеров в одном анкерном устройстве;

kгр – коэффициент несущей способности грунта, в котором находятся лопасти анкеров ( приложение 14);

mанк – коэффициент условий работы анкерного устройства, принимаемый равным 0,5 при Zанк ≤ 2 и 0,4 при Zанк > 2;

Nанк – максимальная (критическая) нагрузка на один винтовой анкер, завинченный в грунт на глубину не менее шести диаметров лопасти (приложение 15).

Дополнительно определяется расстояние между анкерами из условия прочности:

Vв – объем воды, вытесненной 1 м трубы с учетом изоляции:

где δиз – толщина изоляционного покрытия.

W – осевой момент сопротивления поперечного сечения трубопровода, м3:

Пример. Рассчитать устойчивость трубопровода, сооружаемого на болоте при различных способах балластировки, приняв следующие исходные данные: Dн = 1,22 м; δ = 0,0168 м; Dвн = 1,1864 м; I = 0,011488 м4;

qс.в = 4982,489 Н/м; qдоп = 0 – для наиболее неблагоприятного случая т.е. незаполненного продуктом трубопровода; R2 = 307,08 МПа.

Изоляция битумная усиленного типа: δиз = 0,006 см; γиз = 10500 Н/м3. Наружный диаметр трубы с учетом изоляционного покрытия:

Dиз =1,22 + 2 ×0,006 =1,232 м.

Нормативное значение веса изоляции:

qизн =10500 × 3,414 (1,2322 -1,222 )= 242,527 Н/м.

Расчетный вес трубопровода (с учетом изоляции) на воздухе: qтр = 4982,489 + 242,527 = 5225,016 Н/м.

Расчетная выталкивающая сила воды, действующая на трубопровод:

1. Балластировка одиночными железобетонными грузами.

По формуле (2.1) производим проверку против всплытия трубопроводов, прокладываемых на обводненных участках:

Б =1,05(1,05×13702,156 - 5225,016 - 0) = 9620,36 Н/м.

Средний фактический объем груза:

Расстояние между отдельными железобетонными грузами:

lг = 40000 -11,5×103 × 2,09 =1,659 м. 9620,36

2. Балластировка одиночными чугунными грузами. Средний фактический объем груза:

Vг.ср = 3,14 × (0,752 - 0,662 )× 0,884 = 0,352 м3.

Расстояние между отдельными чугунными грузами:

lг = 20000 -11500 × 0,352 =1,658 м. 9620,36

3. Балластировка сплошным бетонированием. Наружный диаметр забалластированной трубы:

Толщина бетонного покрытия:

4. Пригрузка металлическими винтовыми анкерными устройствами.

Принимаем Zанк = 2; mанк = 0,5; kгр = 1; диаметр лопасти Dл = 600 мм;

Nанк = 120·103 Н.

Расчетное усилие (допускаемая нагрузка):

Банк = 2 ×1× 0,5×120 ×103 = 120 ×103 Н.

Б=1× (1,05×13702,156 - 5225,016 - 0) = 9162,2478 Н/м.

Расстояние между анкерами:

lа = 120 ×103 =13,097 м. 9162,2478

Объем воды, вытесненной 1 м трубы с учетом изоляции:

Vв = 3,14 × (1,22 + 2 ×0,006)2 =1,191м3. 4

Положительная плавучесть:

Рпл =11,5×103 ×1,191- 5225,016 = 8471,484 Н/м.

Осевой момент сопротивления поперечного сечения трубопровода: