11.3 Врахування спільної роботи анкера та труби при повздовжньому переміщенні трубопроводу

Стабілізація трубопроводів любим способом потребує прикладання до поверхні труб зосереджених або розподілених, в границях малої площі, зовнішніх навантажень, що в деякій мірі знижують рівень надійності трубопроводу на закріпленій ділянці. Кожне із навантажень зумовлює силовий вплив на ізоляційне покриття, а при значних навантаженнях і на стінки труб.

Як показує досвід експлуатацій трубопроводів, ізоляційне покриття під анкерними поясами руйнується. Пояснюється це тим, що трубопровід під дією внутрішніх й зовнішніх навантажень та впливів переміщується в повздовжньому напрямку, що приводить (навіть при незначних переміщеннях) до поступового руйнування цілості ізоляційного покриття.

Схема спільної роботи труби та анкера при повздовжньому переміщенні трубопроводу зображена на рис. 11.1.

1 - трубопровід; 2 - силовий пояс; 3 - стержень анкера

Рисунок 11.1 – Розрахункова схема спільної роботи анкера та труби при поздовжньому переміщенні трубопроводу

Згідно розрахункової схеми, якщо перетин А-А переміститься в положення В-В, то переміститься і пояс. Внаслідок чого, в ізоляційному покритті виникнуть повздовжні дотичні напруження, котрі будуть збільшуватись до тих пір, поки не досягнуть граничного значення τ_{із.гран} для даного типу ізоляційного покриття. При цьому пройде ковзання поясу вздовж ізоляційного покриття або розрив ізоляції.

Силовий пояс займе положення, що визначається переміщенням U_с.п. Якщо переміщення U_с.п для перетину координатою "х" буде менше, тобто U_с.п<U_х,то руйнування ізоляційного покриття під поясом не буде відбуватись. Однак, навіть у випадку, коли U_с.п=U_х, внаслідок багатоциклового та змінного по знаку переміщення пройде руйнування ізоляційного покриття, не кажучи, коли U_с.п<U_х, де пройде руйнування цілісності ізоляційного покриття.

Значення граничних дотичних напружень знайдемо за формулою

, (11.50)

де b - ширина поясу;

s=0,017·r·α – довжина частини силового пояса, яку обхвачує трубопровід радіусом r = D_із/2 в межах кута ₀ (береться в град.);

Р_а – несуча здатність анкера, розраховується згідно рівняння (2.4.);

f_г – коефіцієнт тертя металу пояса вздовж ізоляційного покриття, приймає значення в межах від 0,2 до 0,6, можна приймати, що f_г = аrсtgφ_гр.

Поперечне переміщення кінця стержня анкера буде

(11.51)

де Р_зсув – зсуваюча сила, рівна Р_зсув=Р_а·f_г;

К_о – коефіцієнт постелі ґрунту (табл. 11.17);

D_с.а – діаметр стержня анкера (8-15) см;

α_o – коефіцієнт, рівний

(11.52)

І_с.а – момент інерції стержня анкера, рівний

; (11.53)

Е – модуль пружності матеріалу, із якого виготовлений стержень анкера.

Порівнюючи величини U_с.п та U_x для даного перетину трубопроводу можна встановити, чи відбудеться ковзання поясу вздовж поверхні труби, чи ні. При U_с.п>U_x ковзання поясу вздовж поверхні труби не пройде, а при U_с.п<U_x обов'язково пройде ковзання.

Таблиця 11.17 – Значення коефіцієнту постелі при стискуванні

Тип ґрунту	Значення Ко,МН/м3	Тип ґрунту	Значення Ко,МН/м3
Торф вологий Пливун Глина розм’якшена Пісок свіжонасипаний	0,5 – 1,0 1 – 5 1 – 5 2 –5	Пісок, що злежався Глина тугопластична Гравій	5 – 30 5 – 50 10 – 50