Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [ 13 ] 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72

где значения aj определяют по табл. 4.7 в зависимости от величины

, где is - радиус инерции сечения в замке арки.

где Fs - площадь поперечного сечения в замке.

Зависимость значения Oj от --

Таблица 4. 7

§ 4. КОЛЕБАНИЯ ВИСЯЧИХ ПЕРЕХОДОВ ТРУБОПРОВОДОВ

Висячие переходы трубопроводов могут иметь проезжую часть пли быть без нее.

Собственные частоты свободных вертикальных колебаний висячих переходов определяют по формуле

(i + l)""

. /2

i + i

21 • mo-{-m

[i = 0, 1,2,3. . .),

(4.12)

где I - пролет висячего перехода; EI - жесткость поперечного сечения пролетного строения перехода (трубопровода и проезжей части); Н - распор; - погонная масса пролетного строения (включая проезжую часть и трубопровод); ni - погонная масса нагрузки.

Собственные частоты свободных горизонтальных (угловых) колебаний висячих переходов трубопроводов, пролетное строение которых имеет две плоскости симметрии, подвески укреплены на горизонталь-

ной плоскости симметрии и центр тяжести всех масс находится на горизонтальной плоскости симметрии, определяют по формуле

/По-(-от

+ 4 ,

(4. 13)

где /гор - момент инерции поперечного сечения пролетного строения относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести; g - ускорение силы тяжести; - расстояние от точки укрепления несущего троса или цепи к пилону до горизонтальной плоскости симметрии поперечного. сечения пролетного строения (с трубопроводом).

Если в конструкции висячего перехода отсутствуют приведенные выше условия, то горизонтальные (угловые) колебания перехода обязательно сопровождаются крутильными колебаниями. Висячий переход с проезжей частью может оказаться неустойчивым по отношению к крутильной деформации пролетного строения. Висячие переходы, в которых могут возникнуть крутильные колебания проезжей части, следует проверять на аэродинамическую устойчивость как обычные висячие мосты. При отсутствии проезжей части крутильные колебания не возникают.

Вынужденные вертикальные колебания висячего перехода могут оказаться динамически неустойчивыми, если их частота будет равняться удвоенной частоте свободных горизонтальных колебаний, т. е. если будет иметь место соотношение

6 = 2

(i-f 1)< л«

(4. 14)

(1 = 0,1,2,3,...).

При приведенном соотношении энергия вынужденных вертикальных колебаний будет «перекачиваться» в энергию нарастающих горизонтальных колебаний перехода.

В конструкциях висячих переходов имеется много растяжек, подвесок, оттяжек и других подобных элементов, которые могут колебаться самостоятельно. Аналогичные элементы могут быть в шпренгельных и арочных конструкциях переходов.

Частоты собственных поперечных колебаний тросов (растяжек, подвесок, оттяжек и т. д.) вычисляют по формуле

(г-Ы) 21

(4.15)

(1 = 0,1,2,3.. .),

где I - длина троса; Л - натяжение троса; тп - погонная масса троса.

§ 5. КОЛЕБАНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ВЕТРОВОЙ НАГРУЗКИ И СПОСОБЫ БОРЬБЫ С КОЛЕБАНИЯМИ

Источниками вибрации могут быть: постоянный ветер, дующпй поперек сооружения; группа людей, проходящих по пешеходному мостику в такт, равный основной частоте колебания перехода; пульсирующие силы, возникающие при транспорте продукта. Если частота этих спл совпадает с собственной частотой колебаний сооружения и если внутренняя тормозящая способность сооруженпя будет выше приложенной энергии сил, вызывающих вибрацию сооружения, то в конечном счете будет происходить гашение вибрации.

Как показывают наблюдения, под влиянием ветра надземные трубопроводы могут испытывать колебания, частота которых равна обычно частоте основного тона свободных колебаний. Колебания происходят не только вдоль, но и поперек ветрового потока, при этом как правило, амплитуда колебаний поперек потока больше, чем амплитуда колебаний вдоль потока. При определенных значениях скорости ветра амплитуда колебаний резко увеличивается. Это явление называется ветровым резонансом. Оно наиболее ярко выражено для трубопроводов, имеющих поперечное сечение круга.

Если частота возмущающих усилий находится в области частоты собственных колебаний системы трубопровода, то трубопровод подвергается резонансной вибрации со значительными амплитудами колебаний, тем большими, чем больше возмущающие усилия и меньше силы затухания системы.

Максимальные значения динамических коэффициентов, а следовательно, и амплитуды колебания при наличии затухания будут при частотах возмущающих сил несколько ниже частоты собственных колебаний системы.

При воздействии ветрового потока, обтекающего трубопровод диаметром Вц, располоненный поперек потока, вид гидродинамп-ческого течения бывает различным в зависимости от численного значения безразмерного параметра числа Рейпольдса Re.

Re = Q

(4. 16)

где q - плотность воздуха (q 0,0013); р - вязкость воздуха (a 0,00017 в системе COS); v - скорость ветрового потока.

При значении Re <; 50 за трубопроводом появляется симметричный и установившийся след. Если же Re > 50, то за препятствием образуется дорожка чередующихся вихрей, сбегающих попеременно то с одного, то с другого края трубопровода. Так как даже при небольших скоростях ветра для трубопроводов Re > 50, то за трубой почти всегда существуют чередующиеся вихри, сбегающие с заветренной стороны в шахматном порядке, так называемые вихри Бе-

нара-Кармана. Они создают периодические импульсы, частота которых (в гц) равна

(4. 17)

где X - безразмерный коэффициент, равный 0,18-0,20; v - скорость ветра в м/сек; Он - наружный диаметр трубопровода в м.

Кроме вихрей Бенара-Кармана при обтекании цилиндра, представляющего собой колебательную спстему, в крайних точках раз.маха

п.га (ц/сел) си. рад/т

20 -

5 -

1ц/мин 2000

1500

и.м/пек

Рис. 4. 5. График для определения частоты возмущающих усилий от действия ветровой нагрузки . в зависимости от скорости ветра и диаметра трубопровода.

колебаний в поперечном к потоку направлении сбегают вихри, частота которых равна частоте свободных колебаний.

Образование вихрей второго типа превращает систему в автоколебательную. Наибольшие колебания возникают при совпадении частот вихрей Бенара-Кармана и частоты колебаний сооружения.

На рис. 4. 5 приведены частоты возмущающих усилий от вихрей Бенара-Кармана для различных диаметров трубопроводов в зависимости от скорости ветра.

Большое количество факторов, влияющих на возникновение и характер колебаний трубопроводов, затрудняет при проектировании определение возникновения больших колебаний в системах трубопроводов. Поэтому в настоящее время надземные системы трубопроводов

обычно рассчитывают без учета возможного илияния колебаний. Как правило, предварительные мероприятия, предотвращающие возникновение больших колебаний, обходятся дешевле, чем последующие меры по их устранению и увеличению жесткости конструкции.

Схема расчета на ветровой резонанс установлена в результате теоретического анализа явлений, натурного и модельного эксперимента и заключается в следующем:

а) определение периода основного тона свободных колебаний трубопровода Т сек;

б) вычисление критической скорости ветра

ир = Ъ- м/сек; (4.18)

в) вычисление аэродинамической силы, вызывающей колебания в режиме ветрового резонанса (предполагается, что эта сила изме- няется во времени но периодическому закону и имеет период Т; по длине трубопровода сила изменяется по тому же закону, что и ординаты основной формы свободных колебаний).

Амплитуду указанной силы в том сечении, где она достигает наибольшей величины, например в середине однопролетного стержня с одинаковыми условиями опирания на обоих концах или в конце консольного лтержня, определяют по формуле

где Укр - выражено в м/сек; /)„ - в м. Амплитуда нагрузки в сечении х

р ±р 0(г)

(4.19)

(4.20)

где Хд {х) - ордината основной формы свободных колебаний; аго - абсцисса сечения с наибольшим прогибом.

Резонансная амплитуда колебаний стержня

Уд = 80Уст, (4.21)

где Уст - статический прогиб, вызванный силой F (х). Изгибающие моменты при ветровом резонансе

Мя = 80Л/ст,

(4.22)

где Мст - изгибающий момент, вызванный силой F {х).

При расчете на ветровой резонанс статическое действие ветра учитывают одновременно с динамическим при г;„р > 10 м/сек; причем сила статического действия ветра направлена вдоль потока ветра, а динамические силы при ветровом резонансе перпендикулярны потоку.

При оценке прочности конструкции, на которую действуют одновременно статические и динамические нагрузки (типа колебаний),

действующие в течение длительного периода эксплуатации сооружения, прочность характеризуют пределом выносливости. Предел BbiHocijnBocTH определяют по формуле

(4. 2.3)

где а в - предел прочности (временное сопротивление) материала

при статической нагрузке; квын = , --- коэффициент вы-

носливости, где .9 > О - отношение динамического напряжения (усилия) к статическому напряжению (усилию); а о - отношение предела прочности материала к пределу усталости материала при симметричных циклах напряжений (для прокатной стали, бетона, арматуры - 3,5 и для дерева 4); р, - коэффициент концентрации напряжений в соединениях элементов конструкций.

Для соединений элементов из стали марки Ст.З можно принимать следующие значения р,: для сварных соединений в стык с обработкой шва 1,1; для сварных соединений в стык косым швом без обработки шва, но с подваркой корня шва и для заклепочных соединений 1,4; для сварных соединений лобовыми швами (с отногпением сторон 1 : 1,5) с обработкой швов 1,7, а без обработки швов 2,2; для сварных соединений фланговыми швами с обработкой швов 2,3, а без обработки швов 3,1.

Расчетное значение предела выносливости материала определяют по формуле

Свын = вынО?, (4-24)

где Q - Поправочный коэффициент (для прокатной стали равен 2,0, для арматуры в железобетоне 1,7, для бетона 1,0 и дерева 1,5); R - расчетное сопротивление материала.

При проектировании надземных систем следует стремиться ориентировать трубопроводы вдоль направления действия преобладающих ветров и располагать их в местах, закрытых от действия поперечных ветровых потоков (лесные просеки, пониженные участки местности в горных районах и т. д.). Затем, определив частоты собственных колебаний системы трубопровода, сопоставляют их с частотами возмущающих усилий, возникающих от действия ветровой нагрузки, в соответствии со скоростями ветра в данной местности. Следует придерживаться правила, чтобы собственные частоты колебаний трубопровода не менее чем на 20-30% отличались от частот внешних возбуждающих сил. Если частоты вынужденных колебаний находятся вне пределов зоны колебаний, равных 0,5 частоты соответственных колебаний по обе стороны от резонансных колебаний, то динамический коэффициент р не превышает 1,3 и трубопровод практически не будет колебаться.

В висячих системах переходов трубопроводов в случае возможности возникновения колебаний следует применять предварительно напряженные ветровые трос.1, располагая их ниже горизонтальной