3. Нагрузки и воздействия на мт

1. Постоянные нагрузки

• Масса собственно металла трубы

q = n ^. _ст ^. F_сеч

n – коэффициент перегрузки = 1.1; _ст – плотность стали F_сеч – площадь сечения трубы

• воздействие предварительного напряжения (упругий изгиб)

_изг=(Е ^. D)/(2 R)

Е – модуль Юнга = 2.1 ^. 10⁵ МПа; D – наружний диаметр; R – радиус упругого изгиба (не менее 900 диаметров)

• давление грунта сверху

q_гр = n ^. q_гр^н= n ^. _гр ^. h_ср

n = 1.2; h_ср – средняя глубина заложения трубопровода

• гидростатическое давление воды

q_гр = n ^. q_в^н=^. _в ^. h_в

n = 1; h_в – толщина слоя воды над трубой

2. Временные длительные нагрузки

• внутреннее давление

вызывает кольцевые и продольные напряжения

_кц = n ^. (Р ^. D_вн)/(2)

n = 1.1 для газа или 1.15 для нефти;  - толщина стенки

_{прод N} = n ^. _пр^н = n ^.  ^. _кц^н

 = 0.3 – коэффициент перераспределения

• масса продукта

q_газа=100 ^. Р ^. D_вн²

Р – давление газа, МПа; D_вн – диаметр [м]

q_нефти = _н ^. g ^. (D_вн²)/4

• температурное воздействие

_{пр t} = -  ^. E ^. t

 - коэффициент линейного расширения = 1.2 ^. 10^{-5 0}С^-1; t – разность между температурой эксплуатации и температурой фиксации трубы.

• воздействие неравномерных деформаций грунта без нарушения его структуры

3. Кратковременные нагрузки

• снеговая

q_сн = Р_сн ^. С_сн

Р_сн – вес снегового покрова на 1 м² грутна; С_сн – коэффициент снеговой нагрузки = 0.4 для одной нитки (для нескольких ниток – по СниП)

• ветровая

q_ветр = D_н ^. (q_стат + q_дин)

q_стат и q_дин – статическая и динамическая нагрузки на трубу

• гололедная

q_лед = 17 ^. b ^. D_н

b – толщина слоя гололеда, мм;

• нагрузка от морозного растрескивания грунта

• нагрузка от пропуска очистных устройств

• оползневые нагрузки

4. Особые нагрузки

• воздействие деформации земной поверхности в районах горных выработок

• воздействие деформации грунта, сопровождающееся изменением его структуры

• термокарстовые процессы

4. Расчет на прочность, деформации и устойчивость.

МТ рассчитываются на прочность по методике предельных состояний. Сущность – рассматривается такое состояние, при котором его эксплуатация невозможна. Характеристика разрушающего воздействия - _вр = _пр = R₁^н МПа

Расчетное сопротивление трубы:

R₁=(m ^. R₁^н)/(k₁ ^. k_н)

m – коэффициент условий работы (В – 0.6, I и II – 0.75, III и IV – 0.9)

k₁ – условия технологии производства

k_н – коэффициент надежности по материалу

1. Расчет на прочность (I предельное состояние)

/_{пр N}/  ₂ ^. R₁

_{пр N} – расчетное продольное напряжение от всех нагрузок

_{пр N} = - ^. E ^. t +  ^. n ^. P ^. D_вн /(2)

₂ – коэффициент, учитывающий двухосное напряжение трубы

2. Расчет на предельно допустимые деформации

А) /_пр^н/  ₃ ^. R₂^{н .} m / (0.9 k_н)

_пр^н – нормативное продольное напряжение

_пр^н = - ^. E ^. t +  ^. P ^. D_вн /(2) (Е ^. D)/(2 R)

последнее слагаемое для упруго искривленных участков

R₂^н – нормативное сопротивление сжатию, равно пределу текучести стали.

₃ – коэффициент, учитывающий двухосное напряжение трубы

Б) _кц^н  R₂^{н .} m / (0.9 k_н)

_кц^н – нормативные кольцевые напряжения

3. Проверка продольной устойчивости

S  m ^. N_кр

S = 100 ^. F ^. [ (0.5 - ) ^. _кц +  ^. Е ^. t]

F – площадь сечения металла трубы;

N_кр = 4 ^. (q_пр.п^{2 .} q_в.п.^{4 .} F^{2 .} E^{5 .} I³)^1/11

q_пр.п – сопротивление грунта продольным перемещениям

q_в.п. – сопротивление грунта перемещениям в вертикальной плоскости

I – осевой момент инерции