Лабораторна робота № 2 вивчення взаємодії трубопроводу із ґрунтом при поздовжніх переміщеннях
2.1 Мета і завдання
Отримати практичне підтвердження теоретичних положень про взаємодію трубопроводу про ґрунтом при поздовжніх переміщеннях.
У результаті проведення лабораторної роботи студент повинен знати:
- залежності поздовжніх переміщень трубопроводу при різних видах зв'язку на контакті труба-ґрунт;
- емпіричні залежності визначення величини поздовжніх значень дотичних напруг і поздовжніх переміщень;
Студент повинен вміти:
- підготувати установку до роботи і проводити експерименти;
- сформулювати узагальнені висновки про взаємодію ґрунту з трубопроводом за результатами досліджень.
2.2 Основні теоретичні положення
Процес формування напруженого стану трубопроводу, що визначає його експлуатаційну надійність, починається з періоду монтажу трубопроводу в нитку і триває протягом усього періоду експлуатації.
Визначення напруженого стану трубопроводу в цілому не може бути виконано без урахування поздовжніх переміщень, що залежать від зв'язку трубопроводу з ґрунтом.
Пружний зв'язок (ділянка ОА на графіку рис. 2.1) припускає повернення трубопроводу в початкове положення за рахунок пружних сил на контакті труба-ґрунт після зняття поздовжнього зусилля. Цей зв'язок описується залежністю:
,
(2.1)
де
− дотичні напруження по контакту
«труба-ґрунт»;
− коефіцієнт
постелі ґрунту;
− повздовжні
переміщення трубопроводу.
Рисунок 2.1 − Графік залежності поздовжніх зусиль від величини переміщень
Крім пружного зв'язку трубопроводу з ґрунтом існує ще й пластичний, граничний зв'язок між трубопроводом і ґрунтом (ділянка ВС на графіку рис. 2.1), який не залежить від величини переміщення , а залежить лише від нормального тиску ґрунту на стінки трубопроводу.
Пластичний зв'язок описується залежністю Прандтля-Кулона
,
(2.2)
де
− дотичні напруження по контакту
«труба-ґрунт»;
– нормальний
тиск на стінки трубопроводу;
– кут
внутрішнього тертя ґрунту;
– зчеплення
ґрунту.
Існуючі теоретичні залежності для підрахунків дуже приближені, тому є необхідність в експериментальному дослідженні залежностей від характеру ґрунту, діаметра трубопроводу та нормального навантаження на трубопровід.
2.3 Опис експериментального устаткування
Установка являє собою модель ділянки засипаного ґрунтом трубопроводу, тягового пристрою і вимірювальних приладів; Змонтовано установка на лабораторному столі (рис. 2.2)
Модель ділянки складається із ґрунтової камери, у якій між двох сталевих перегородок розміщено ділянку труби завдовжки 400 мм; Змінні компакти з труби і двох перегородок мають діаметри: 42; 61 і 102 мм.
Ґрунтова камера має знизу відкидний клапан для пересипання ґрунту в бункер. При звільненні камери клапан відкидається вниз при відтягуванні на себе одночасно двох замків і закривається різким рухом від себе важеля.
Рисунок 2.2 − Схема експериментальної установки
Бункер розміщений всередині стовбура і звільняється з ґрунту при зсуві на себе засуву 8 за важіль 9. З бункера ґрунт висипається в одну з трьох ґрунтових ємностей 10. Навантаження ґрунту на трубу змінюється заміною привантаження на пластині 12.
Тяговий пристрій складається з електродвигуна 13 з редуктором і тягової зірочкою, роликового ланцюга 14, троса 15 з гаками на кінцях, з'єднувального кільця 16, гака 17 з майданчиком для упору штока індикатора і талрепа для натягування кінематичного ланцюга після складання.
При збиранні необхідно стежити, щоб біла мітка на зубі тягової зірочки збіглася точно з білою міткою на ланці роликового ланцюга (зуб увійшов до ланки).
Живлення електродвигуна здійснюється через випрямляч 19 постійним струмом 18-20 вольт. Ліве і праве рух труби управляється перемикачем реверсу 20 і може бути перервано установкою важеля реверсу у вертикальне положення. Випрямляч записується змінним струмом 220 вольт через сполучний провід 21 з виделкою на кінці і включається в роботу тумблером 22.
Вимірювання тягового зусилля проводиться динамометрами 23. Момент і величина зсуву труби вправо визначається стрілковим індикатором 24. Ціна поділки шкали індикатора 0,01 мм.