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 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84

§ 5.5. Проверка прочности и устойчивости подземных и наземных (в насыпи трубопроводов

ГГодзсмпые и пазе»гаые (в насыпи) трубопроводы следует проверять: по прочности в продольном направлении,против развития чрезмерных деформации, на общую продольную устойчивость и на устойчивость положения против всплытия.

Условие прочности трубопровода в продольном направлении имеет вид

(5.25)

где (Tjjp - осевые продольные сжимающие илп растягивающие напряженпя от расчетных нагрузок и воздействий, кгс/см; - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб; - расчетное сопротивление металла труб, кгс/см, определяемое по формуле (5.1).

При растягивающих осевых продольных напряжениях (стр jySO) ]>s = 1; при сжимающих осевых продольных напряжениях (ар jy < 0)

,,/l 0.75()-0,5.

(5.26)

где сгкц - кольцевые напряжения от расчетного внутреннего давления, кгс/см2

(Ткц = прСвн/(2й), (5.27)

где п - коэффициент перегрузки рабочего (нормативного) давления в трубопроводе, принимаемый по табл. 5.14; р - рабочее (нормативное) давление, кгс/см-; Dn„ - внутренний диаметр трубы, см; б - номинальная толщина стенки трубы, см.

Деформации трубопроводов следует проверять из условий

(5.28)

Окщ. н •

(5.29)

где (Тпр. н - максимальные суммарные продольные сжимающие или растягивающие напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий, кгс/см; г5д - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб; с - коэффициент, принимаемый равным 1 для трубопроводов III и IV категорий, 0,85 - I и II категорий, 0,65 - категории В: R - нормативное сопротивление, принимаемое по табл. 5.2; - коэффициент надежности, припимаедгай по табл. 5.5; Сткц. ц- кольцевые напряжения в стенках трубы от рабочего (нормативного) давления, кгс/см.

При растягивающих осевых продольных напряжениях (Стпр. цО) t]), = = 1; при сжимающих осевых продольных напряжениях (Впр. „ < 0)

[,153= ]/1-0,75 0КЦ.Н (-w)] -5[сГкц.н(-;-/?2и)1-

СТкц. H = Pnil/(2ft).

(5.30) (5.,31)

Проверку общей продольной устойчивости трубопроводов в плоскости наибольшей податливости грунта (наименьшей жесткости системы)- следует выполнять по условию.

(5.32)

где йэкп- эквивалентное продольное осевое усилие в сечении трубопровода от расчетных нагрузок и воздействий, кгс; т - коэффициент условий работы

трубопровода, принимаемый по табл. 5.1; Nk - критическое продольное усилие, при котором наступает потеря продольной устойчивости трубопровода, кгс.

Проверку устойчивости положения от всплытия трубопроводов на обводненных участках, болотах и переходах через водные преграды следует вести в соответствии с указаниями § 5.7.

Продольные осевые напряжения определяются от расчетных нагру-

зок и воздействий с учетом упруго-пластической работы металла труб. Расчетная схема должна отражать условия работы трубопровода и взаимодействие его с грунтом. В частности, для пpямovинeйныx и зщруго-изогнутых участков трубопроводов, прокладываемых без компенсирующих устройств, при отсутствии продольных и поперечных перемещений, просадок и пучения грунта максимальные расчетные продольные осевые напряжения (с учетом работы металла в пластической стадии) от воздействия тэлшературы н внутреннего давления

а„р = 0.25прСвн/б-аЯД«, (5.33)

где а - коэффициент линейного расширения материала труб, принимаемый по табл. 5.2; Е - модуль зшругостп материала труб, принимаемый по табл. 5.2; Дг - расчетный те.мпературяый перепад, "С (положительный при нагревании).

Максимальные суммарные продольные напряжения Опр. н определяются от всех (с учетом их сочетания) нормативных нагрузок и воздействий, исходя из упругой работы металла труб с учетом поперечных н продольных перемещений трубопроводов в соответствии с правилами строительной механики. В частности, для прямолинейных и упруго-изогнутых участков трубопроводов, прокладываемых без кокшенсирующих устройств, при отсутствии продольных и поперечных перемещений, просадок и пучения грунта максимальные суммарные продольные напряжения (с учетом работы металла в упругой стадии) от воздействия температуры, внутреннего давлении и упругого изгиба

(пр. н = 0,15р/)вн/й-аЯДг±Ян/(2р), (5.34)

где Dh - наружны!! диаметр трубы; р - »ганп.\1альный радиус кривизны оси трубы прп упругом изгибе, см.

При заданной толщине стенки труб те!1шературные перепады определяются из условия прочности (5.25) с учетом формулы (5.33) по формулам: абсолютное значение максимального отрицательного температурного перепада

At = {Ri-0.25npD„ld)/{aE); (5.35)

максимал>ное значение положительного те5шературного перепада

Дг=(г52/?1-(-0,25,гр£)„„/б)/(аЯ). (5,36)

При заданных толщине стенки труб и температурном перепаде минимальный радиус упругого изгиба труб из условия (5.28) с учетом формулы (5.34)

" -aEAt) .

p=£Z)„j[2 (Ъ-2п + 0ЛЪ-

(5.37)

Значение, полученное по формуле (5.37), должно быть не менее значений, определенных из условий жесткости (дефор.мации) по следую1цим формулам: в вертикально11 плоскости на вогнутых кривых i!pn укладке трубопровода непрерывной ниткой

,У 384Д/[1-соз(р/2)] У 3?трР«

12,95

{di +Dl) [i-cos im)]

(5.38)

(5.39) 191

в вертикальной плоскости на вогнутых кривых нри укладке трубопроводов отдельными плетями (иа переходах через водные преграды, балки, овраги и пр.)

f384£/[l-co3(p/2)]

10,87]/ --;

в вертикальной плоскости на выпуклых кривых

У 9tpF

в горизонтальной плоскости

5.12 J/

11 вн

: 9001»„

(5.40)

(5.41)

(5.42)

(5.43)

(5.44)

где / ~ момент инерции сечения трубы, см; ?тр- вес трубопровода, кгс/см [но формуле (5.3)]; Р - угол поворота трубопровода (в числителе - в градусах, в знал1енателе - в радианах).

Эквивалентное продольное осевое усилие в сечении трубопровода следует определять от расчетных нагрузок и воздействий с учетом продольных и ноне-речных перемещений трубопровода в соответствии с правилами строительной механики. В частности, для прямолинейных участков трубопроводов и криволинейных участков, выполненных упругим изгибом, с расчетным радиусом изгиба осп трубопровода рдЮОО D„ прп отсутствии компенсации продольных перемещений, просадок и пучения грунта эквивалентное продольное осевое усилие в сечении трубопровода, кгс.

= 5в = (0,2(ткц--а£ ДО F.

(5.45)

Для криволинейных участков с расчетным радиусом изгиба оси трубопровода р„ <; 1000 jDh при отсутствии кодгаенсации продольных перемещений, просадок и пучений эквивалентное продольное сжимающее усилие зависит от выполнения условия предельного равновесия грунта

1-Ь2/р

(5.46)

При невыполнении условия (5.46), т. е. нри наличии участка предельного равновесия грунта прп сдвиге.

-9 -

V+~-(у) -ф -

при выполнении условия (5.46), т. е. при oтcycтвии участка предельного равновесия грунта нри продольных перемещениях трубопровода.

(5,48)

где F- площадь поперечного сечения стенок трубы, см2; - эквивалентное продольное сжимающее усилие для прямолинейных участков трубопроводов [по формуле (5.45)1, кгс.

(Я+2 о);

л2ро

0.3/0

?iip

(5.49)

(5.50)

(5.51)

5=-tKp/-

0„Сх. о

(5.52)

5< = «прЬкр, (5.53)

где Z-Kp - расчетная длина волны выпучивания, сл(, определяе-мая в зависимости от расчетного радиуса изгиба; - расчетный радиус изгиба, см, определяемый в зависимости от схемы прокладки; Ср - коэффициент разгрузки, КГС/СМ; ?„р - предельное сопротивление грунта поперечным вертикальным перемещениям трубопровода, кгс/см; Сх. о - обобщенный коэффициент касательного сопротивления грунта, кгс/см (но табл. 5.13); «„р - предельное сопротивление грунта продольным перемещениям трубопровода, кгс/см.

Предельное сопротивление грунта поперечным вертикальным перемещениям трубопровода, и.меющего начальный изгиб,

9пр -9п.т-Ьпгр?пр. гр,

(5.54)

где зп. т - положительная плавучесть трубопровода, кгс/см; пгр - коэффициент перегрузки для грунта, принимаемый по табл. 5.14; „р. гр- предельная удерживающая способность грунта вертикальным допсрёчным перемещениям, кгс/см.

Для трубопровода, имеющего в вертикальной плоскости выпуклость вверх,

?11.т = ?тр-Ь?доп; (5.55)

?пр. гр = УгрОн(Ло -0,39Z)„) + Yrpfe2 tg 0,7фгр +

OJchp созО,7фгр *

(5.56)

для наземного (в насыпи) трубопровода, имеющего кривизну в горизонтальной плоскости,

?пр. rp = Yrp tg фгр

?п.т=?тр tg фгр; Г Р>,Н , (а + Ь)Я

где ?тр

2 4 ?пр. гр = Угро£н tg2 (45°-f фгр/2), вес трубопровода с продуктом (без коэффициента перегрузки).

(5.57) (5.58) (5.59)

кгс/см; яцоп-вес грузов илп удерживающая способность анкеров, кгс/см; если трубопровод полностью или частично погружен в воду, необходимо учитывать фактически!! вес грузов или удерживающую способность анкеров; Vrp - расчетный объемный вес грунта засыпки над трубопроводом, кгс/см; h„ - расстояние от верха засыпки до оси трубопровода, с.ч; фгр- расчетный угол внутреннего трения грунта, градусы; с - расчетное удельное сцепление грунта, кгс/см; Я - расстояние от верха засыпки до низа трубы, см; а - ширина насыни но верху, см; Ь - то же, по низу.

13 Заказ 156

Из значений, определенных по формулам (5.58) и (5.59), за расчетное принимается меньшее.

Предельное сопротивление грунта продольным перемещениям трубопровода

1„р=птр (?п.т tg фгр + 2yr-pC„nDl tg фгр + П,6яО„с), (5.60)

где коэффициент, учитывающий образование свода естественного равно-весия (рис. 5.1) в зависимости от k/D„ - относительной глубины заложения трубопровода; h - высота засыпки над верхом трубы, см.

Если грунт полностью или частично обводпен, то следует учитывать ysrenbraeHHe его удерживающей способности.

Рис. 5.1. Зависимость иоаф-фициента с, учитывиющего образования свода;естествен-ного равновесия грунта при продольных перемещениях трубопровода, от относительной глyi5иuы заложения трубопровода h/D.

Грунты: 1 - песчаные; 2 - глинистые.

J.0 n/D,

Коэффициент разгрузки, кгс/см,

Cp = 9np.rp /i,

(5.61)

где Нх при расчете устойчивости в вертикальной плоскости равно Я; при расчете устойчивости трубопроводов, уложенных в насыпи с изгибом в горизонтальной плоскости, равно Ь/2.

Продольные критические усилия iVp, при которых наступает потеря продольной устойчивости трубопровода, следует определять согласно правилам строительной механики с учетом принятого конструктивного решения и начального искривления трубопровода, в зависимости от глубины его заложения, физико-механических характеристик грунта, наличия балласта и закрепляющих устройств.

На обводненных участках следует учитывать гидростатическое воздействие воды. В частности, для прямолинейных участков заглубленных в грунт трубопроводов длина волны выпучивания, срответствующая минимальному значению критического продольного усилия,

U,p=nSf Е11{су. oD„); (5.62)

минимальное критическое продольное усилие

Np=2Vcy.oDEI, (5.63)

где Су. о - коэффициент нормального сопротивления грунта, кгс/см.

Су. 0 = 0.12 (1 2)/,-„

(5.64)

где го - модуль деформации грунта, кгс/сиз, принимаемый по табл. 5.6 и 5.8; Pro - коэффициент Пуассона грунта (по табл. 5.11); Т1гр- коэффициент снижения модуля деформации (по табл. 5.12); 1 = 100 см - единичная длина трубопровода.

Для подземных и наземных (в насыпи) участков трубопроводов, имеющих углы поворота, обращенные выпуклостью вверх, п наземных (в насыпи) участков, имеющих углы поворота в горизонтальной плоскости, расчетная длина волны выпучивания

-,- (5.65)

Р0?пр 1

80Я/ср

0 ?пр

минимальное критическое продольное усилие

JVKp=0,375q„pPo. (5.66)

Для подземных иназе-мных (в насыпи) участков трубопроводов, прокладываемых по кривым упругого изгиба (при ро ss 1000£>„), с расчетным радиусом изгиба ро равным радиусу упругого изгиба оси трубы р, при выполнепии условия

лкр 2р sin (а/2) = Lo

(5.67)

минимальное критическое продольное усилие определяется по формуле (5.66), а минимальный расчетный радиус упругого пзгиба трубопровода, при котором соблюдается продольная устойчивость,

Ро = Лкр/(0.375гпр). (5.68)

При невыполпепии условия (5.67) (длина хорды упругой кривой меньше длины волны выпучивания) и радиусах упругого изгиба ро < 1000О„ расчетные радиусы изгиба следует определять по формулам:

при проектировании поворота трубопровода по схеме, приведенной на рис. 5.2, со вставками машинного гнутья с углом а sc 9°, когда длина хорды кривой менее длины волпы выпучивания и длина каждого из прямолинейных примыкающих участков удовлетворяет условию £пр+ Lft кр/2,

2£р cos («/2)

л2 {Z,KpSin (а/2)-2рк [1-cos (а/2)]}

(5.69)

при проектировании поворота трубопровода по схеме, приведенной на рис. 5.3, когда расчетный участок состоит пз двух кривых вставок машинного гнутья с углами менее 9° и прямолинейного участка между иилш с выполпепием условия Pi sin (ai/2) + sin (а2/2) + L„pL,

Ро"

Ькр tg 2-

+ (bnp+Pltg-f-+p2 tg-)

«2~«I

«1-1-«2

COS

«2 -«1

(5.70)

при применении сварных колен по схеме, приведенной на рис. 5.4 когда на расчетной длине имеется лишь один угол поворота,

(5.71)

прн применении сварных колен по схеме, приведенной на рис. 5.5, когда на расчетной длине имеется два угла поворота с прямолинейной вставкой между ними.

. , /. «2 -«1 Ькр tg-2-+ пр I sin-

, «1-ь«2 «2 -

tg-5-cos -

(5.72) 195