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

, где n – коэффициент надежности по нагрузке, n =1,1;

- удельный вес стали, ; - наружный и внутренний диаметры трубы.

· Вес одного метра изоляционного покрытия

, где n = 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

, где = 1,2 – коэффициент надежности по давлению грунта;

- удельный вес грунта; h_ср - средняя глубина заложения оси трубопровода.

· Гидростатическое давление воды на единицу длины трубопровода, определяемое высотой столба жидкости над подводным трубопроводом

, где n =1,0 – коэффициент надежности гидростатического давления воды;

- удельный вес воды с учетом засоленности и наличия взвешенных частиц;

h – высота столба воды над рассматриваемой точкой трубы; D_ф – диаметр изолированной и футерованной трубы.

· Выталкивающая сила воды, приходящаяся на единицу длины трубопровода полностью погруженного в воду

, где n = 1,0 – коэффициент надежности гидростатического давления воды.

Если магистральный трубопровод проложен на участках грунтов, которые при обводнении переходят в жидкопластическое состояние, то в 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

, 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 получаем выражение деформаций трубы через её радиус кривизны . Напряжения получаем с учетом закона Гука . Для точек наиболее удаленных от оси трубы . В этих точках соответственно возникают наибольшие растягивающие и наибольшие сжимающие напряжения .

 

Временные длительные нагрузки и воздействия.

· Внутреннее рабочее (нормативное) давление — наибольшее избыточное давление, при котором обеспечивается заданный режим эксплуатации трубопровода. Устанавливается проектом. При определении рабочего давления для нефтепроводов и газопроводов учитывается технологическая схема транспортирования продукта.

Регламентом устанавливаются следующие коэффициенты надежности по внутреннему давлению:

- для газопроводов n = 1,10;

- для нефтепроводов и нефтепродуктопроводов диаметром 700—1200 мм с промежуточными НПC без подключения емкостей n = 1,15;

- для нефтепроводов диаметром 700—1200 мм без промежуточных НПС, а также для нефтепроводов диаметром менее 700 мм n = 1,10.

Кратковременные нагрузки.

· Гололедные нагрузки. Если возможно обледенение трубопровода, то нормативное значение гололедного давления на поверхность определяется по формуле 14 СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»

где b – толщина стенки гололеда, превышаемая раз в пять лет; k – коэффициент, учитывающий изменение толщины стенки гололеда по высоте, для трубопроводов принимается равным единице k = 1,0;

μ₂ – коэффициент, учитывающий отношение площади элемента, подверженного обледенению, к полной площади элемента, для трубопровода μ₂ = 0,6;

- плотность льда; .

Нормативные нагрузки от обледенения на один метр трубы вычисляются по формуле

, которая после подстановок может быть представлена так, как в СНиП 2.05.06-85

где b – толщина льда в мм; D_н=D_из – диаметр наружный трубы или изоляции в см.

Коэффициент надежности по нагрузке для гололеда n =1,3.

· Нормативная снеговая нагрузка на горизонтальную проекцию надземного трубопровода

где μ – коэффициент перехода от веса снегового покрытия горизонтальной поверхности земли к снеговой нагрузке на трубопровод (μ =0,4); S_g – нормативное значение веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, которое выбирается по таблице 4 для соответствующего снегового района Российской Федерации;

D_ни – диаметр изоляции или наружный диаметр трубы.

 

· Ветровая нагрузка действует перпендикулярно осевой вертикальной плоскости одиночно проложенного трубопровода

где D_ни – наружный диаметр с учетом изоляции;

q_н^с, q_н^д – нормативное значение статической и динамической составляющих ветровой нагрузки, Н/м² (СНиП 2.01.07-85 “ Нагрузки и воздействия”).

Статическую составляющую ветровой нагрузки определяют по величине скоростного напора

где w₀ – нормативное значение ветрового давления; k - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте; C_x – аэродинамический коэффициент лобового сопротивления надземного трубопровода.

В некоторых случаях нормативное значение ветрового давления w₀ допускается устанавливать на основе данных метеостанций Госкомгидромета, а также результатов обследования районов строительства с учетом опыта эксплуатации сооружений. При этом нормативное значение ветрового давления w₀, Па, следует определять по формуле

где v ₀ - численно равно скорости ветра, м/с, на уровне 10 м над поверхностью земли наибольший за пять лет.

Аэродинамический коэффициент Cx определяется в зависимости от числа Рейнольдса (критерий подобия в гидроаэродинамике) по диаграмме на рисунке 23.

Число Рейнольдса определяется по законам гидроаэродинамики

где υ – скорость ветра, м/с; D_н – характерный линейный размер, м; ν – кинематическая вязкость воздуха (при t=15^oC и Pатм=1000 гПа принимают ν=0,146 ^. 10^-4 м²/с).

Если число Рейнольдса Re>35 ^. 10⁵, принимают аэродинамический коэффициент C_x =0,7.

Рисунок 23. Диаграмма для определения аэродинамического коэффициента.

 

Динамическую составляющую ветровой нагрузки определяют по формуле

где – коэффициент пульсации скоростного напора (СНиП 2.01.07-85); ξ – коэффициент динамичности, зависящий от периода колебаний участка трубопровода Т, соответствующего второй форме свободных горизонтальных колебаний и от логарифмического декремента колебаний надземного трубопровода ∂

Рисунок 24. Диаграмма для определения коэффициента динамичности.

 

Если период колебаний Т<0,25 с, то динамическая составляющая не учитывается, т.е. q_н^д =0.

Логарифмический декремент колебаний д трубопровода зависит от конструктивной схемы надземного перехода и может определяться по записям виброграмм свободных затухающих колебаний (рисунок 25).

Амплитуды последовательных периодов затухающих колебаний образуют геометрическую прогрессию

где n – неизвестная постоянная определяемая опытным путем так же, как период колебаний Т.

Тогда логарифмический декремент колебаний будет определяться . Для предварительных расчетов (пока не известны все необходимые размеры) логарифмический декремент колебаний ∂ принимается для горизонтальных колебаний ∂=0,05, а для вертикальных колебаний ∂=0,03-0,05.

Для определения периода собственных колебаний Т находят частоту собственных изгибных колебаний ν. Тогда Т=1/ν.

 

Рисунок 25. Диаграмма свободных затухающих колебаний

 

Коэффициент надежности для ветровой нагрузки n =1,2.

Нагрузка, вызываемая морозным растрескиванием грунта. Коэффициент надежности по нагрузке n = 1,2.

Нагрузки и воздействия, возникающие при пропуске очистных устройств. Коэффициент надежности по нагрузке n = 1,2.

Нагрузки и воздействия, возникающие при испытании трубопроводов. Коэффициент надежности по нагрузке n = 1,0.

Воздействие селевых потоков и оползней. Коэффициент надежности по нагрузке n = 1,0.

 

Особые нагрузки.

К особым нагрузкам относятся, прежде всего, такие, которые связаны с перемещениями и деформацией грунта. Воздействие селевых потоков и оползней. Силовые воздействия оползающих грунтов особенно опасны, когда направление их движения перпендикулярно оси трубопровода. В этом случае происходит изгиб трубы и значительное увеличение напряжений в поперечных сечениях.

Воздействие деформаций грунта, сопровождающихся изменением его структуры (например, деформация просадочных грунтов при замачивании или вечномерзлых грунтов при оттаивании).

В результате сейсмических толчков в грунте создаются и распространяются сейсмические волны. Трубопровод оказывается также вовлеченным в колебательный процесс. Поэтому при строительстве трубопроводов в районах с высокой сейсмической активностью необходимо проводить расчет на прочность с учетом мощности (балльности) возможных землятресений и выбирать конструктивные решения, обеспечивающие надежную работу трубопровода.

 

 

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: