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

предполагаемую конструкцию основных частей перехода. От правильности выбора основной схемы зависит стоимость и работа перехода в процессе эксплуатации.

Обычно составляют несколько вариантов сооружений и путем их технико-экономического сравнения выбирают наиболее рациональное решение. При проектировании крупных надземных переходов их обязательно сравнивают с вариантом подземного перехода.

Для того чтобы правильно подойти к разработке вариантов переходов, дать полноценный сравнительный анализ сопоставляемых вариантов, обоснованно выбрать решение для практического осуш;е-ствления, надо хорошо знать различные системы переходов, особенности их конструкции, строетельства и эксплуатации, технико-экономические преимущества и недостатки. Экономическое сравнение вариантов, имеющих равный срок службы и одинаковые эксплуатационные качества, производят, сопоставляя их строительные стоимости. Экономические требования заключаются в выборе такого решения, при котором затрата средств и материалов для постройки перехода будет наименьшей и будут сокращены трудоемкие работы.

Практически ввиду трудности учета всей совокупности экономических требований часто пользуются строительной стоимостью как экономической характеристикой перехода. Однако оценка экономических качеств сооружения по одной только строительной стоимости недостаточна. Необходим также учет эксплуатационных условий: расходов на содержание, ремонт и реконструкцию сооружений. Магистральные газопроводы проектируют обычно на ограниченный срок службы, не превышающий 20-30 лет, и поэтому строительная стоимость надземного перехода составляет наибольшую долю в общих затратах на его строительство и эксплуатацию.

Нельзя не учитывать также вопросы надежности сооружения, индустриализации и типизации конструкций, дефицитности отдельных материалов. Только рассматривая всю совокупность требований, предъявляемых к данному переходу, исходя из реальных условий его постройки и эксплуатации, учитывая имеющиеся на месте ресурсы и возможности, атакже общие народнохозяйственные условия, можно правильно оценить сооружение и выбрать наиболее экономически обоснованный вариант.

Выбранный вариант перехода при дальнейшем проектировании подлежит детальной разработке, в процессе которой определяют основые размеры всех элементов перехода, рассчитывают все сооружения в целом, разрабатывают главнейшие конструктивные детали выбранного варианта, проверяют их расчетом, а также выбирают способ производства работ при постройке перехода и составляют смету, определяющую стоимость всего сооружения.

Расчетно-конструктивные требования, предъявляемые к Переходу, заключаются в удовлетворении условиям прочности, устойчивости и жесткости всего сооружения и отдельных его элементов.

Сооружение в целом, отдельные его элементы и сопряжения должны быть рассчитаны на самое невыгодное сочетание возможных

нагрузок. Пролетные строения и опоры переходов должны быть устойчивыми по отношению к опрокидыванию под действием ветра; сжатые элементы должны быть устойчивыми на продольный изгиб, опоры должны выдерживать ледоход, не должны подвергаться размыву.

Требования к жесткости сооружения заключаются в том, что деформации его под действием нагрузок не должны превосходить допускаемые величины. Значительные деформации (недостаточная жесткость) могут быть вредны и опасны для сооружения. В практике бывает, когда гибкие конструкции надземных трубопроводов подвергаются значительным вибрациям под воздействием ветра или пульсации транспортируемого продукта.

Строительно-технические требования в отдельных случаях должны сочетаться с архитектурными условиями, заключающимися в том, что переход должен иметь красивый внешний вид и гармонировать с окружающей местностью. Это достигается ясностью инженерной схемы и архитектурного силуэта перехода, применением соответствующих материалов и красителей.

Хорошо решенный с архитектурной точки зрения переход должен быть органически связан с окружающей местностью.

ГЛАВА ВТОРАЯ

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО РАСЧЕТУ НАДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

§ 1. РАСЧЕТ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ по ПРЕДЕЛЬНЫМ состояниям

Стальные конструкции рассчитывают по методике расчетных предельных состояний в соответствии со «Строительными нормами и правилами» СНиП П-А. 10-62 и СНиП П-В. 3-62. Эта новая прогрессивная методика расчета строительных конструкций разработана советскими учеными Н. С. Стрелецким, А. А. Гвоздевым, В. М. Келдышем, И. И. Гольденблатом, А. Р. Ржанициным, В. А. Балдиным, С. М. Шубиным и др.

Предельными называются такие состояния, при которых конструкция перестает удовлетворять предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям, т. е. теряет способность сопротивляться внешним воздействиям или получает недопустимые деформации или местные повреждения. С достижением предельного состояния эксплуатацию конструкции или сооружения прекращают.

По существовавшей ранее методике допускаемых напряжений определяли наибольшие возможные напряжения в конструкциях, которые по величине не должны были превосходить соответствующие допускаемые напряжения, определяемые нормами.

Таким образом, в отличие от методики допускаемых напряжений по методике расчетных предельных состояний рассматривают не промежуточное, а конечное состояние конструкции и затем прини-.л1ают меры к тому, чтобы в процессе эксплуатации это состояние не наступило.

Такой подход к расчету конструкций позволяет правильно оценить их несущую способность, учесть особенности работы материала в пластической стадии и проектировать сооружения и их элементы Р°Ро1ными с учетом особенностей работы в каждом конкретном

Установлены три расчетных предельных состояния.

Первое предельное состояние, определяемое несущей способностью (прочностью, устойчивостью фсфмы и положения или выносливостью), при достижении которого конструкция

теряет способность сопротивляться внешним воздействиям (разрушается) или получает остаточные деформации, препятствующие ее норйальной эксплуатации.

Второе предельное состояние, определяемое развитием чрезмерных деформаций или перемещений от статических или динамических нагрузок, при котором появляются деформации или колебания, препятствующие нормальной эксплуатации конструкции.

Третье предельное состояние, определяемое образованием или раскрытием трещин или появлением местных повреждений, при котором трещины или местные повреждения достигают такой величины, что дальнейшая эксплуатация конструкции становится невозможной.

При работе стальных конструкций третье предельное состояние не учитывают, поскольку появление в них трещин или местных повреждений зависит от качества материала, технологии изготовления, монтажа или эксплуатации. Не учитывают расчетом и возможность прекращения эксплуатации металлической конструкции от коррозии. Для предотвращения этого необходимы противокоррозийные мероприятия.

При расчете по первому предельному состоянию условие неразрушимости всей конструкции в целом или отдельных ее элементов заключается в том, чтобы максимальные силовые воздействия всегда были меньше или равны минимальной несущей способности, что в общем виде может быть записано так:

N<0, (2. 1)

где Л - расчетное усилие в элементе конструкции от суммы воздействия расчетных нагрузок в наиболее невыгодном их сочетании; Ф - минимальная несущая способность элемента конструкции, устанавливаемая в необходимых случаях, с учетом пластичности, пол зучести и других свойств материала.

В развернутом виде неравенство (2.1) может быть записано:

(2. 2)

где d - коэффициент перехода от нагрузки к усилию в рассчитываемом элементе конструкции; Л - нормативная нагрузка, определяемая по СНиП или соответствующим нормам; п - коэффициент перегрузки, учитывающий возможность увеличения или уменьшения эксплуатационных и строительных нагрузок по сравнению с нормативными; т - коэффициент условий работы, характеризующий особенности условий работы одних элементов конструкции или сооружений в целом по сравнению с другими (например, сжатие или растяжение, вибрационные или статические нагрузки), особенности эксплуатации сооружения или конструкции и другие обстоятельства; i?" - нормативное сопротивление материала, принимаемое для стальньгх строительных конструкций равным нормативному

пределу текучести, т. е. минимальному браковочному значению предела текучести для данной марки стали. Если эксплуатация конструкций возможна и после достижения металлом предела текучести, как это имеет место в трубопроводах, то за нормативное сопротивление принимается нормативное значение предела прочности, т.. е. временное сопротивление металла (о чем подробно будет сказано дальше); к - коэффициент однородности материала, учитывающий возможные отклонения в качестве материала как по геометрическим размерам, так и в части нормативного сопротивления; f - геометрическая характеристика сечения (плогцадь, момент сопротивления и т. п.).

Произведение нормативной нагрузки на соответствующий ей коэффициент перегрузки Na п = Nh называется расчетной нагрузкой.

Усилия от расчетных нагрузок, полученные при расчете конструкции, называют расчетными усилиями. Произведение нормативного сопротивления на коэффициенты однородности и условий работы Rkm = R называется расчетным сопротивлением.

Выражение (2. 2) можно упростить:

7V < RF. (2. 3)

„ „ km V

В методике предельных состоянии величина аналогична коэффициенту запаса в методике расчета по допускаемым напряжениям:

(2.4)

. , km Стт

" «аап

Методика расчета по допускаемым напряжениям не учитывает того, что каждой нагрузке присущ свой коэффициент перегрузки и что различные элементы конструкции и сооружения в целом работают в неодинаковых условиях. Без этого при расчете по допускаемым напряжениям нельзя получить конструкции, элементы которых обладают одинаковой прочностью.

Коэффициент однородности /с в соответствии со СНиП П-А. 10-62 принят для д1албуглеродистых сталей Ст.О, Ст.2 и Ст.З равным 0,9, для высокоуглеродистых и низколегированных сталей Ст.4, Ст.5, 14Г2, 14ХГС, 19Г, 10Г2С, 10Г2СД, 15ГС и других - равным 0,85 и для термически упрочненных (МСт. Т) - 0,8.

Коэффициент перегрузки п согласно СНиП П-А. 11-62 изменяется от 1,10 (для собственного веса конструкций) до 1;4 (для временной нагрузки квартир, общежитий, бытовых помещений, промышленных цехов, снеговой нагрузки и др.). В отдельных случаях, когда уменьшение нагрузки вызывает ухудшение работы конструкций (при расчете на устойчивость положения и др.), коэффициент перегрузки может уменьшаться до 0,9-0,8.

Коэффициент условий работы т согласно СНиП Ц-А. 10-62 и СНиП П-В. 3-62 может изменяться от 0,6 до 1,0. При расчете по

пределу текучести для растянутых элементов ферм и многих изгибаемых элементов конструкций коэффициент условий работы принимают равным 1. Для сжатых элементов, условия работы которых сложнее, его принимают равным 0,75-0,9, для анкерных болтов - до 0,65 и для заклепок, работающих на растяжение, - до 0,6.

Если подставить соответственно наибольшие и наименьшие значения расчетных коэффициентов в формулу (2. 4), то получим пределы, в которых может изменяться общий коэффициент запаса при расчете по методике предельных состояний:

максимальная величина

кэяп -

0,85 • 0,6

= 2,75;

минимальная величина

= 1,22.

(2.5)

(2.6)

0,9 • 1,0

Таким образом, .общий коэффициент запаса для различных элементов конструкций может отличаться более чем в 2 раза.

Нормативное сопротивление /?" растяжению, сжатию и изгибу для стальных строительных конструкций принимают равным наименьшему значению предела текучести От,. установленному соответствующими стандартами или техническими условиями, так как в фермах, балках, рамах и других металлических конструкциях с развитием пластических деформаций сжатые элементы, как правило, теряют устойчивость, растянутые элементы получают такие деформации, что конструкция практически выходит из строя, а изгибаемые элементы деформируются настолько, что их дальнейшая эксплуатация становится невозможной; балки перекрытий помимо этого выходят из гнезд.

Если эксплуатация конструкций, работающих преимущественно на растяжение, возможна и после достижения металлом предела текучести, то за нормативное сопротивление (Л") прокатной стали растяжению принимают наименьшее значение временного сопротивления разрыву ffsp, установленное соответствующими ГОСТами или техническими условиями.

Основными видами прокатной стали, применяемой в строительных конструкциях, являются:

углеродистая сталь группы Ст.З (ГОСТ 380-60);

углеродистая сталь для мостостроения М-16С и Ст.З (ГОСТ 6713-53);

углеродистая толстолистовая и широкополосная сталь, термически обработанная МСт. Т (ГОСТ 9458-60);

низколегированная конструкционная сталь мартеновская 19Г, 14Г2, 15ГС, 14ХГС, 10Г2С, 10Г2СД (МК), 15ХСНД, ЮХСНД и другие, поставляемые по ГОСТу или ЧМТУ.

Численные значения нормативных сопротивлений и коэффициентов однородности прокатной стали принимают по табл. 2. 1.