Контрольні запитання

2.1) В чому полягає суть укладання трубопроводу на дно підводної траншеї за методом протягування?

2.2) Яка перевага методу протягування при укладанні його на дно підводної траншеї у порівнянні з методом його укладки з поверхні води?

2.3) Які тягові засоби застосовуються при протягуванні трубопроводів через водні перешкоди?

2.4) Чим пояснюється наявність пасивного опору при протягуванні трубопроводів через водні перешкоди? За яких умов такий опір відсутній?

2.5) Чому при вимушених зупинках при протягуванні трубопроводів тягове зусилля збільшується?

2.6) Який параметр є визначальним при виборі тягового троса?

3 Практичне заняття №3. Розрахунок напруженого стану трубопроводу при укладанні його з поверхні води

Метою даного заняття є забезпечення повного розуміння принципу укладання трубопроводу з поверхні води.

Для виконання цієї мети студент у першу чергу знайомиться попередньо з самим принципом укладання трубопроводу з поверхні води і методикою розрахунку його напруженого стану при цьому, а під час заняття виконує практичні розрахунки напруженого стану трубопроводу при його укладанні з поверхні води у траншею за індивідуальним завданням, яке видається викладачем.

При укладанні трубопроводу з поверхні води у траншею, що розміщена на дні ріки, методом заливання у трубопровід води утворюється перехідна ділянка, яка переміщається від одного берега ріки до другого (рис.3.1). Кожен переріз трубопроводу зазнає послідовно значних напружень згину. Для забезпечення міцності трубопроводу повинна виконуватися така умова:

, (3.1)

Де , - відповідно максимальні напруження та згинальні моменти на ділянках а і b; - нормативний опір трубної сталі, рівний границі текучості; - момент опору при згині.

Виконаємо геометричний розрахунок і розрахунок на міцність, вважаючи відомими такі величини: ,

Рисунок 3.1 – Розрахункова схема перехідної кривої.

( - зовнішній діаметр трубопроводу; - глибина ріки; - товщина стінки трубопроводу; - жорсткість трубопроводу при згині; - розподілене навантаження на трубопровід на ділянках заповнених і незаповнених водою).

При відомому відношенні за рівнянням [3,2]

,

яке можна представити у такому вигляді:

, (3.2)

знаходиться величина за формулою [4]

, (3.3)

де .

Інші два корені кубічного рівняння (3.2) не задовольняють фізичній суті задачі, що розглядається (n>1). Крім того, наближене значення величини n можна знайти, користуючись графіком (рис.3.2). Довжину заповненої водою ділянки а визначаємо з виразу [3]

(3.4)

Тоді і .

Опорна реакція

. (3.5)

Максимальний згинальний момент на ділянці а

, (3.6)

а для ділянки b

. (3.7)

Користуючись (3.4) і (3.5), максимальні згинальні моменти на ділянках a і b можна отримати у вигляді

, (3.8)

, (3.9)

де .

Тому максимальні напруження згину на ділянках a і b перехідної кривої трубопроводу будуть

, (3.10)

. (3.11)

Якщо врахувати, що для сталей , а моменти інерції і опору поперечного перерізу труб при згині з достатньою точністю можна подати так [3]:

, ,

а вага води в 1 м труби

,

то максимальні напруження на ділянках a і b перехідної кривої запишуться у вигляді більш зручному для виконання обчислень

, (3.10^/)

, (3.11^/)

де ; ; - внутрішній діаметр труб.

У формулах (3.10^/), (3.11^/) , , необхідно підставляти в м, а і мають розмірність в МПа.

Якщо умова міцності (3.1) не виконується, необхідно штучно змінити відношення , наприклад за допомогою використання довантажувальних вантажів або розвантажувальних понтонів.

Нове значення , що відповідає умові міцності, буде

(3.12)

У формулі (3.12) необхідно підставляти в МПа.

При укладанні трубопроводу з поверхні води розраховують також число відтяжок, які утримують його у створі, запобігаючи від зносу течією води. Розглядаючи трубопровід як балку на двох опорах, до якої прикладене розподілене горизонтальне гідродинамічне навантаження ( ), можна отримати такі умови міцності:

; (3.13)

, (3.14)

де - довжина трубопроводу, що прокладається через водну перешкоду; , яке дорівнює ; - прогин трубопроводу; - ширина траншеї, в яку укладається трубопровід.

Якщо умови (3.13), (3.14) не виконуються, необхідно встановлювати відтяжки. При двопрогінній схемі (тобто одній відтяжці посередині), довжина прогонів повинна задовольняти умовам [5,6]

, (3.15)

. (3.16)

При трьох і більше прогонах величина повинна бути

, . (3.17)

При цьому число відтяжок

(3.18)

і отримане значення заокруглюється в більшу сторону.

Зусилля у кожній відтяжці

. (3.19)

Приклад. Розрахувати необхідні параметри укладання трубопроводу з поверхні води при таких вихідних даних: ; ; ; матеріал труб – сталь 14 Г2САФ, розрахункове (допустиме) напруження для цієї сталі ; ; ; вага води .

Знаходимо відношення = . Цьому відношенню за формулою (3.3) відповідає величина

.

Величину з меншою точністю можна знайти, користуючись графіком (рис.3.2) ( =2). Довжина заповненої водою дільниці перехідної кривої трубопроводу буде (формула (3.4))

Тому , а довжина другої дільниці .

Оскільки , то найбільші напруження згину матимуть місце на дільниці . За формулою (3.11^/) отримуємо

.

У зв’язку з тим, що умова міцності не виконується ( ), необхідно змінити відношення у межах зміни функції .

За формулою (3.12) знаходимо потрібне нове значення коефіцієнта

Цьому значенню згідно графіка (рис.3.3) відповідають два значення , які приблизно дорівнюють 0,1 і 1,325. ці нові значення дозволяють зменшити напруження згину до допустимої величини, використовуючи понтони або баластні вантажі. Розглянемо спочатку спосіб розвантаження трубопроводу за допомогою понтонів вантажопідйомністю .

Підіймальна сила понтонів на 1м довжини трубопроводу буде

,

де - підіймальна сила понтонів на 1м довжини трубопроводу.

Із розв’язку останнього рівняння отримуємо

, .

Відстань між окремими понтонами

.

У випадку другого розрахункового випадку довантаження трубопроводу виконуємо окремими чавунними вантажами вагою і об’ємом . Вага баласта на 1м трубопроводу визначається з рівняння

, , звідси .

Вага баластного вантажу під водою

,

де - питома вага води, Н/м³.

Відстань між вантажами

.

Другий випадок має перевагу перед першим, оскільки додаткове довантаження трубопроводу збільшує його стійкість, особливо при їх укладанні безпосередньо на дно водної перешкоди або з незначним заглибленням.