8.1. Нагрузки и воздействия, принимаемые при расчете трубопроводов.
При расчете магистрального трубопровода учитывают нагрузки и воздействия, возникающие при его сооружении, испытании и эксплуатации.
Для линейной части трубопровода основными нагрузками и воздействиями являются:
нагрузки от внутреннего давления продукта в трубе; давления грунта; собственного веса трубы и продукта;
воздействия от изменения температуры; просадки и пучения грунта; давления оползающих грунтов.
В соответствии с методикой расчета трубопроводов по предельным состояниям различают расчетные и нормативные нагрузки.
Нормативные
нагрузки
устанавливаются нормативными документами
и определяются на основании статистического
анализа при нормальной эксплуатации
сооружений (СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и
воздействия»).
Расчетные нагрузки определяются по нормативным нагрузкам с учетом коэффициента надежности по нагрузке
,
(8.1)
где – коэффициент надежности по нагрузке принимается по таблице 13 СНиП 2.05.06-85.
Основная нагрузка на трубопровод нормативное рабочее давление транспортируемого продукта устанавливается проектом. Коэффициент перегрузки рабочего давления учитывает возможность увеличения этого давления и зависит от технологии перекачки.
Нормативные нагрузки на магистральный трубопровод устанавливает СНиП 2.05.06-85 с учетом требований СНиП 2.01.07-85.
8.1.1. Постоянные нагрузки на магистральный трубопровод.
Постоянные нагрузки действуют в течение всего срока строительства и эксплуатации трубопровода.
Собственный вес трубопровода – вес погонного метра трубы вычисляется по формуле
,
(8.2)
где – коэффициент надежности по нагрузке, =1,1;
-
удельный вес стали,
;
- наружный и
внутренний диаметры трубы.
Вес одного метра изоляционного покрытия
,
(8.3)
где = 1,1 - коэффициент надежности по нагрузке;
- удельный вес
изоляции;
- наружный диаметр
изоляции.
Для предварительных расчетов ориентировочно можно принимать вес изоляции равным 10% от веса трубы.
Давление грунта на единицу длины трубопровода
,
(8.4)
где = 1,2 – коэффициент надежности по давлению грунта;
- удельный вес
грунта;
- средняя глубина
заложения оси трубопровода.
Гидростатическое давление воды на единицу длины трубопровода, определяемое высотой столба жидкости над подводным трубопроводом
,
(8.5)
где =1,0 – коэффициент надежности гидростатического давления воды;
- удельный вес воды
с учетом засоленности и наличия взвешенных
частиц;
– высота столба
воды над рассматриваемой точкой трубы;
– диаметр
изолированной и футерованной трубы.
Выталкивающая сила воды, приходящаяся на единицу длины трубопровода полностью погруженного в воду
,
(8.6)
где = 1,0 – коэффициент надежности гидростатического давления воды.
Если магистральный трубопровод проложен на участках грунтов, которые при обводнении переходят в жидкопластическое состояние, то в формуле (8.16) вместо удельного веса воды принимают удельный вес разжиженного грунта, определяемый по результатам инженерных изысканий.
Предварительное напряжение, создаваемое за счет упругого изгиба при повороте оси трубопровода.
Определим деформации и напряжения в поперечных сечениях изогнутой трубы (рисунок 22).
Рисунок 22.
Рассмотрим
деформацию волокна трубы с координатой
y.
Относительное
удлинение волокна
,
(8.7)
где
- длина выделенного элемента трубы до
деформации;
-
длина элемента после деформации.
После того, как
трубопровод получил упругий изгиб его
деформации и напряжения являются
функцией радиуса кривизны
;
.
После подстановки этих значений в выражение (8.7) получаем выражение деформаций трубы через её радиус кривизны
.
(8.8)
Напряжения получаем с учетом закона Гука
.
(8.9)
Для точек наиболее
удаленных от оси трубы
.
В этих точках соответственно возникают
наибольшие растягивающие и наибольшие
сжимающие напряжения
.
(8.10)