Спорудження магістральних трубопроводів
Розрахунок товщини стінки трубопроводу
вихідні дані продуктопровід ІІІ-ої категорії
по сортименту намічаємо труби Челябінського трубопрокатного заводу по ТУ 14-3-109-73 з нормалізованої сталі 17 ГС, для якої RhI=55 МПа.
Розрахунковий опір металу труб
Номінальна товщина стінки
Отримане розрахункове значення заокруглюємо до найближчого більшого по сортаменту .
Внутрішній діаметр
Перевіряємо наявність поздовжніх осьових стискаючих зусиль
Знак „мінус” останнього результату вказує на наявність поздовжніх осьових стискаючих зусиль, тому необхідно визначати коефіцієнт
Уточнене значення товщини стінки
Ново отримане значення товщини стінки є більшим ніж раніше прийняте , тому приймаємо наступне по сортаменту значення . Значення внутрішнього діаметру на повздовжніх зусиль буде становити
Dв=820-2*12=796 мм
Знак „мінус” останнього результату вказує на наявність поздовжніх осьових стискаючих зусиль, тому необхідно визначити коефіцієнт
Уточнене значення товщини стінки по формулі
Оскільки ново отримане значення товщини стінки є менше ніж раніше прийняте , тому остаточно
Розрахунок стійкості трубопроводу в підводній траншеї
Вихідні дані:, І=7,9*10-4 м4, , Vcp=0,7м/с; ; температура води 20 0С; ; f=2 м. баластування виконується привантажувачами, Тр=50 кН
Зовнішній діаметр трубопроводу, з врахуванням ізоляції
Dmp=D3+2із=820+2*5=830 мм
Число Рейнольдса
Приймаємо сх=1
Додаткове при вантаження для компенсації горизонтальної складової гідродинамічної дії потоку
Додаткове при вантаження для компенсації вертикальної складової гідродинамічної впливу потоку:
розрахункова виштовхувальне сила води, що діє на трубопровід (з врахуванням ізоляції і футеровки)
де Бзгн – додаткове при вантаження, необхідне для згину трубопроводу по задній кривій дна траншеї;
Бпдс- – додаткове привантаження, необхідна для запобігання підйому трубопроводу на криволінійних ділянках в вертикальній площині під дією повздовжніх зусиль.
Для найбільш несприятливого випадку – незаповненого продуктом трубопроводу (qдод=0), необхідне привантаження складатиме
Б?Км(Кн.вqв+Бг+Бв+Бзгн+Бпд.с-qmp-qдод)
Б=1,05(1,15*6062+507+125+8-3962-0)=3831 Н/м
Км- – коефіцієнт безпеки по матеріалу;
Кн.в – коефіцієнт надійності;
Кількість чавунних привантажувачів (Q=11000 H)
Розрахунок підводного трубопроводу в будівельний період методом протягування
Повна вага трубопроводу з привантажувачами
qi=qтр+qіз+qб=3962+396+3831=8189 Н/м
пасивний відпір грунту нерівностями на поверхні труби, що врізаються в нього (при протягуванні трубопроводу з гладкою поверхнею Tпас=0)
Nг - число виступаючих елементів на поверхні труби;
iг – довжина частини поверхні труби, що врізається в ґрунт;
tг – товщина виступаючих елементів;
- відповідно об’ємна вага в природному стані, кут внутрішнього тертя і зчеплення грунту;
Tгр – граничний опір трубопроводу на зсув при вимушених зупинках
де qі –вага одиниці довжини спорядженого трубопроводу;
lпл – довжина пліті, що протягується;
qпр – сила присосу, для густих глин і суглинків qпр=300 Н/м2, для в’язких - qпр =600 Н/м2
Fоп – площа опирання трубопроводу на водонасичений глинистий грунт
Тп.тр =(8189tg200+1000*1)*80+92210+300*80=432*103 Н
Розрахункове тягове зусилля:
Тр?mтяг*Тгр
Тр?1,1*432*103=475*103 Н,
де mтяг – коефіцієнт умов роботи тягових засобів (mтяг=1,1 – протягування лебідкою)
необхідне тягове зусилля забезпечує лебідка ЛП-1, що забезпечує тягове зусилля 500 кН
Розрахункове безкомпенсаторного балкового переходу при деформуванні в вертикальній і горизонтальній площинах
Вихідні дані: , Р=5,6 МПа, R2=258,3 МПа, F=3,09*10-2 м2, W=18,54*10-4 м3; І=7,9*10-3 м4, , q=3962 Н/м.
Максимальна величина прольоту, що перекривається:
еквівалентне повздовжнє осьове зусилля для прямолінійного трубопроводу при відсутності компенсації повздовжніх переміщень
Н.
Прогин від експлуатаційного навантаження
м=4 см
Критичне поздовжнє зусилля:
Дійсний прогин:
Згинаючі моменти в опорних перетинах
Сумарні повздовжні напруження
Перевіряємо умову
Отже, умова міцності виконується.
Розрахунок напруженого стану трубопроводів при дії поперечного зсуву ґрунту
Вихідні дані: Характеристика трубопроводу: , F=3,09*10-2 м2, W=18,54*10-4 м3 R2=258,3 МПа
Характеристика ґрунту: ; сгр=10кПа; ; ; k0=10 МПа/м; кu=4МПа
Характеристика зсуву: l=40м; Н=5м; Н-у=2м;
yпр - об’ємна вага грунту в природному стані;
гр - кут внутрішнього тертя;
cгр - зчеплення ґрунту.
якщо перевести Vзс в м/рік, річна швидкість визначиться як (Vзс*3,155*107), тобто Vp=0,4 м/рік.
Кінетична зв’язність ґрунту:
Число Рейнольда:
Re=
Re=
Символьний вплив ґрунту знаходимо за формулою:
Граничний опір ґрунту зсуву,
Па
Коефіцієнт:
Визначаємо граничні значення розтягую чого зусилля в перерізах І і ІІ при наявності пружного зв’язку трубопроводу з ґрунтом
Значення дійсного розтягуючого зусилля Р визначається графічним методом із сумісного розв'язку рівнянь
де
u01, u01 – поздовжні переміщення відповідно ділянок l01 і l01;
uсл – повздовжнє переміщення труб за рахунок слабини ділянки l (1-1,5 см на кожні 100 м трубопроводу);
k0- – коефіцієнт постелі ґрунту при стиску
EI – жорсткість трубопроводу при згині
1/м
для знаходження фактичного значення Рф і fф задаємося декількома проміжними значеннями Р, рівними 200,400,600 кН і визначаємо стрілки прогину трубопроводу при x=l/2
Приймемо Р=200кН
1/м
==4,032*105 Нм
+2,264*10-2=2,866*10-1 м
Враховуючи, що Р?Рпр,
;
=1,931*10-1 м.
Аналогічним чином розраховуємо параметри при інших значеннях Рі.
На основі побудованого графіка в залежності повздовжнього розтягую чого зусилля Р від стрілки прогину f1 i f2 знаходимо їх фактичне значення Рф=5.20 кН; fф=25,6 см
1/м
Параметри при розрахунку поперечних рухів ґрунту.
Р.105,
Н | К.10-2,
1/м | М0.105,
Н.м |
м | f-1,
см | f-2,
см
2 | 3,506 | 4,032 | 22,64 | 28,66 | 19,31
4 | 4,958 | 3,80 | 21,85 | 26,47 | 22,42
5,2 | 5,653 | 3,673 | 21,42 | 25,6 | 25,6
6 | 6,072 | 3,593 | 21,14 | 25,06 | 25,6
=3,673*105 Н.м
Момент в опорному перерізі при х=
-=2,945*105 Нм
Перевіряємо умову міцності
,
що менше розрахункового опору матеріалу труби R2=258,3 МПа
Вихідні дані: Д3=820 м,
Для трубопроводу з Д3=820 мм вибираємо кожух Дф=1020 мм, з сталі 09Г2ФБ: R2=260 МПа. Приймаємо, що ґрунт – глина і ; fкр=0,8, к0=108 н/м3. полотно дороги – бетонне; hn=0,2 м, En=2,6*1010 Н/м3, .
Розрахункове навантаження – Р=156 кН.
Момент інерції матеріалу дороги:
Циліндрична жорсткість полотна дороги:
Коефіцієнт жорсткості:
1/м
Реакція ґрунту в точці прикладання навантаження:
Н/м
Межа зони поширення реакції основи:
.
Коефіцієнт, що залежить від глибини закладання захисного футляру:
Навантаження рухомого транспорту
qт=nmAqb
qт=1,2*0,4*90,5*103*1=43,4*103 Н/м
Ширина прольоту природного зводу обрушення
Висота зводу обрушення
Розрахункове вертикальне навантаження
Боковий тиск
Поперечна сила
N=rф(qгр.в+qn)
N=0,51(1795*103+4,34*103)=31,3*103 Н/м
Зчинний момент
M=cплrф2(qпр.в+qn-qгр.б)
М=025*0512(17,95*103+4,34*103-6,03*103)=3,6*103 Н
Товщина стінки
