11 Розрахунок анкерних пристроїв

11.1 Розрахунок несучої здатності анкерних пристроїв

Несуча здатність анкерних пристроїв визначається характеристикою ґрунтів, в які вони заглиблюються, конструкцією анкерів, способом та глибиною закладання.

До основних технічних параметрів відноситься розрахункова несуча здатність анкер Б_а (зусилля, що він сприймає) та відстань між анкерними пристроями.

11.1.1 Розрахунок несучої здатності анкерних пристроїв, що заглиблюються способом закручування

Несуча здатність анкера, тобто зусилля, яке він може сприйняти при заглибленні способом закручування, визначається за формулою

Б_а=Z_а т_а Р_а, (11.1)

де, Z_а – число анкерів в одному анкерному пристрої;

т_а – коефіцієнт умов роботи анкерного пристрою приймає наступні значення при Z_а=1 або Z_а≥2, але D_з/D_а ≥ 3, то т_а=1, а при Z_а ≥ 2, але D_з/D_а ≤ 3, тоді т_а визначається за формулою

т_а=0,25·(1+ D_з /D_а). (11.2)

Несуча здатність анкерних пристроїв Б_а та відстань між анкерами зв'язані між собою наступною залежністю

(11.3)

де – нормативна вага баласту у воді.

Величину розрахункової несучої сили анкера знаходять за формулою

, (11.4)

де D_з – зовнішній діаметр трубопроводу із врахуванням товщини ізоляційного покриття;

D_а – діаметр лопастей анкера, приймається із табл. 11.1;

К_н._а – коефіцієнт надійності анкера, приймається рівним К_н.а=1,4, якщо несуча здатність анкера визначена розрахунковим шляхом і К_н.а=1,25, якщо несуча здатність анкера визначена за результатами польових випробувань статичним навантаженням;

Ф_а – несуча здатність анкера, яка забезпечується лопастю, рівна

Ф_а = т_в Р_гран , (11.5)

де, т_в – коефіцієнт умов роботи при витягуючому зусиллі, приймається згідно табл. 11.2;

Р_гран. – граничний опір анкера, рівний

, (11.6)

А, В – коефіцієнти, які залежать від кута внутрішнього тертя ґрунту φ_гр в робочій зоні лопастей гвинта (табл. 11.3);

с_гр – зчеплення ґрунту в робочій зоні лопастей гвинта;

γ_гр – середньозрівноважена питома вага ґрунту, що залягає від дна траншеї до відмітки монтажу лопастей анкера (табл. 11.4);

h_а – глибина закладання лопастей анкера від дна траншеї, для розрахунків можна прийняти h_а=6D_а;

F_л – площа лопастей анкера, обчислюється за формулою

(11.7)

Таблиця 11.1 – Технічні характеристики гвинтових анкерів

Діаметр лопастей анкера, м	Рекомендований діаметр трубопроводу, мм	Граничний опір анкера, Н
0,2 0,3 0,4 0,45 0,5	273-529 426-820 720-1020 1020-1220 1420	1,38·104 3,0·104 5,3·104 6,8·104 8,3·104

Таблиця 11.2 – Значення коефіцієнта умов роботи т_в

Ґрунти, типи та їхній стан	Значення тв при витягуючому зусиллі
Глинисті: тверді, напівтверді та тугопластичні; мякопластичні; текучопластичні. Піски: слабовологі; вологі; водонасичені. Супесі: тверді; пластичні; текучі.	0,7 0,7 0,6 0,7 0,6 0,5 0,7 0,6 0,5

Таблиця 11.3 – Значення коефіцієнтів А і В

φгр, град	А	В	φгр, град	А	В
10 12 14 16 18 20 22	6,2 6,6 7,1 7,7 8,6 9,6 11,1	2,1 2,4 2,8 3,2 3,8 4,5 5,5	24 26 28 30 32 34 36	13,5 16,8 21,2 26,9 34,4 44,5 59,6	7,0 9,2 12,3 16,5 22,5 31,0 44,4

Відстань між анкерами повинна задовольняти умову перевірки трубопроводу на деформації, в якій згинаючі напруження будуть

(11.8)

де М – максимальний згинаючий момент, що виникає в місцях закріплення трубопроводу анкерними пристроями, рівний

(11.9)

W – полярний момент інерції перетину стінки трубопроводу.

Таблиця 11.4 – Фізико-механічні властивості ґрунтів

Тип ґрунту	γгр, Н/м3	φгр, рад	сгр, Па
Суглинок жовтувато-сірий Суглинок сірий тугопластичний з включеннями пухкого піску Супісь сіра волога Суглинок легкий текучий Пісок дрібний водонасичений	2,0·104 1,89·104 1,97·104 1,9·104 2,12·104	24 30 39 36 28	2,68·104 1,129·104 0,25·104 0,375·104 0,2·104

Для забезпечення загальної стійкості трубопроводу між анкерними пристроями в повздовжньому напрямку в площині найменшої жорсткості необхідно провести перевірку на виконання умови

, (11.10)

де S_ек – еквівалентне зусилля в повздовжньому напрямку, що виникло в стінках трубопроводу від дії внутрішнього тиску та температурного перепаду, рівний

; (11.11)

σ_кц – кільцеві напруження, від дії внутрішнього тиску

; (11.12)

n_p – коефіцієнт надійності з навантаженню від внутрішнього тиску, рівний 1,15 для нафтопроводів умовним діаметром від 700 до 1220 мм із проміжними перекачуючими станціями без підключення емкостей та 1,1 – в всіх інших випадках;

Р – робочий тиск в трубопроводі;

D_в – внутрішній діаметр трубопроводу;

δ – товщина стінки трубопроводу;

F – поперечний перетин стінки труби;

m – коефіцієнт умов роботи трубопроводу, приймається згідно таблиць СНиП 2.05.06-85;

N_кр – повздовжнє критичне зусилля визначається згідно правил будівельної механіки, для прямолінійних, та пружно- викривлених у вертикальній площині дільниці трубопроводу, що знаходиться в основі складеної із нестійких ґрунтів, рівне

; (11.13)

l_a – відстань між анкерними пристроями.

Максимально допустима відстань між анкерними пристроями із умови стійкості визначається за формулою

. (11.14)

Крім того необхідно перевірити допустиму відстань між анкерними пристроями на виконання умови міцності та недопущення розвитку пластичних деформацій

, (11.15)

де ψ₃ – коефіцієнт, що враховує двохосьовий напружений стан металу із якого виготовлена труба, рівний

; (11.16)

– нормативний опір матеріалу із якого виготовлена труба;

ρ_min – мінімальний радіус пружного згину, приймається згідно табл. 5 СНиП-ІІІ-42-80;

Відстань між анкерними пристроями приймається найменша, із раніше перерахованих умов, тоді число анкерних пристроїв необхідне для надійного закріплення дільниці трубопроводу довжиною L визначається за формулою

. (11.17)

Отримане значення заокруглюють до цілого більшого числа.