Умову рівноваги всіх сил, діючих на трубопровід, можна записати у вигляді:

. (4.67)

Загальний коефіцієнт стійкості трубопроводу в цьому випадку буде рівний:

. (4.68)

Із виразу (4.68) розрахункова величина привантаження (вага баласту в повітрі) 1 м довжини підводного трубопроводу, прокладеного по дну, при впливі на нього потоку води визначається як:

. (4.69)

Вхідні у формулу (4.63) значення підйомної сили У і лобового опору X залежать від зовнішнього діаметру трубопроводу і об'єму баласту. Враховуючи порівняно незначний об'єм чавунного баласту при встановленні розрахункової величини привантаження, по формулі (4.69) можна визначати впливи X і У на зовнішній діаметр труби, покритої ізоляцією.

Таке допущення (при баластуванні чавунними вантажами) можливе, якщо врахувати, що коефіцієнт стійкості для трубопроводу, прокладеного по дну, рекомендується не менше 1,20.

Вага баласту на 1 м довжини труби під водою:

. (4.70)

Негативна плавучість 1 м довжини трубопроводу з баластом:

. (4.71)

Відстані між баластними вантажами:

. (4.72)

Щоб визначити зовнішній діаметр підводного трубопроводу з бетонним покриттям D2 при впливи на нього потоку води, рівність (4.68) можна представити у вигляді:

, (4.73)

де.

З рівняння (4.73):

, (4.74)

де .

Тут эд— донна швидкість в м/с; g — прискорення вільного падіння.

Розрахунок стійкості трубопроводу на дні водної перешкоди при дії на нього потоку води виконаний за допомогою ЕОМ і приведений у додатках Е, Ж.

Додаткове привантаження трубопроводу,

укладеного по дну траншеї по кривій пружного згину

На ділянках підводного переходу, де передбачене укладання трубопроводів по так званій кривій вільного (пружного) згину, іноді залежно від величини радіусу і кута повороту слід збільшувати привантаження трубопроводів. Таке привантаження необхідне, щоб трубопровід прилягав до дна підводної траншеї, розробленої по кривій із заданим радіусом.

Вага баласту для трубопроводів, що укладаються на криволінійних ділянках, повинна бути збільшеною:

, (4.75)

де Бзг — розрахункове привантаження, необхідне для згину трубопроводу по заданій кривій дна траншеї, в кг/м;

Бп — розрахункове привантаження по формулі (4.62).

В даний час немає нормативних вказівок за визначенням додаткової привантажування Бзг. Значення цього привантаження може бути набуте в припущенні згину трубопроводу як двохопорної балки за формулою:

, (4.76)

де Е — модуль пружності стали;

I — момент інерції перетину сталевої труби в м4;

с— радіус повороту дна траншеї, що приймається рівним радіусу пружного вигину трубопроводу, в м;

Ь — кут повороту траншеї (у чисельнику в градусах, в знаменнику в радіанах).

Облік впливу повздовжніх сил на зменшення прогинання і збільшення привантаження трубопроводу. Водолазними обстеженнями підводних трубопроводів встановлено, що якщо привантаження розраховувалось по формулі (4.76), трубопровід на окремих ділянках не лягав на дно, що має криволінійний (увігнутий) контур. Це пояснюється тим, що при вказаній методиці розрахунку не враховувався вплив повздовжніх зусиль, що виникають при укладанні трубопроводу і зменшують прогинання трубопроводу.

При укладанні трубопроводу способом протягування по дну в ньому виникають повздовжні зусилля, що досягають 50 т і більше. Ці зусилля викликають в трубах повздовжні розтягуючі напруження, які частково зберігаються і після закінчення протягування трубопроводу, оскільки між трубою і ґрунтом на прибережних ділянках виникають сили тертя, що перешкоджають повздовжнім переміщенням трубопроводу. В цьому випадку пружна лінія трубопроводу, що укладається по заданому радіусу на відносно невеликій ділянці дна водної перешкоди, не відповідатиме пружній лінії балки, що лежить на двох опорах. Фактичний вигин трубопроводу буде меншим, і розрахунок по формулі (4.76) покаже занижене значення привантаження.

Рисунок 4.6 - Розрахункова схема для визначення прогинання трубопроводу від сумісного впливу повздовжніх і поперечних сил.

Сили тертя, що виникають на ділянках, що примикають до кутів повороту підводної траншеї, викликають повздовжні розтягуючі зусилля. Розрахункова схема трубопроводу в цьому випадку може бути представлена у вигляді балки на двох опорах, розтягуваної силами N в опорних перетинах (рисунок 4.6). Значення прогинання розраховують по формулі:

, (4.77) де

, (4.78)

, (4.79)

Тут N — розтягуюче зусилля, рівне силі тертя трубопроводу об ґрунт на ділянці, довжина якої визначається по кресленню профілю переходу в Н; L— довжина кривої за профілем траншеї в м; е - основа натуральних логарифмів.

Значення додаткового привантаження, необхідного, щоб за наявності подовжніх сил N трубопровід прилягав до дна підводної траншеї, може бути одержано з видозміненої формули (4.76):

. (4.80)

Розрахунок додаткового привантаження трубопроводу, укладеного по дну траншеї по кривій пружного згину виконаний за допомогою ЕОМ і приведений у додатку К.