Проверка обшей устойчивости трубопровода в продольном направлении

Проверку общей устойчивости трубопровода в продольном направлении в плоскости наименьшей жесткости системы следует производить из условия:

;                                               (2.4.1)

где S - эквивалентное продольное осевое усилие в сечении трубопровода, Н или МН;

N_кр — продольное критическое усилие, Н или МН, при котором наступает потеря продольной устойчивости трубопровода.

Для глинистого грунта принимаем G_гр=12 кПа, φ_гр=15⁰.

Эквивалентное продольное осевое усилие в сечении трубопровода S следует определять от расчетных нагрузок и воздействий с учетом продольных и поперечных перемещений трубопровода в соответствии с правилами строительной механики. В частности, для прямолинейных участков трубопровода и участков, выполненных упругим изгибом, при отсутствии компенсации продольных перемещений, просадок и пучения грунта S определяется по формуле:

,                                 (2.4.2)

где град;                                             (2.4.3)

F- площадь поперечного сечения трубы:

                                      м²;                                          (2.4.4)

F=  = 0,028 м².

∆T=15- (-25)=40 град.

S=  = 3,9 МН.

Для прямолинейных участков подземных трубопроводов в случае пластической связи трубы с грунтом продольное критическое усилие находится по формуле:

, Н или МН;                        (2.4.5)

где Р₀ - сопротивление грунта продольным перемещениям отрезка трубопровода единичной длины;

J- осевой момент инерции металла трубы, определяется по формуле:

                               м⁴;                                            (2.4.6)

J=  = 35,2*10^-5 м².

q_верт - сопротивление вертикальным перемещениям отрезка трубопровода единичной длины, обусловленное весом грунтовой засыпки и собственным весом трубопровода, отнесенное к единице длины, Н/м:

.                         (2.4.7)

где n_гр – коэффициент надежности по нагрузке от веса грунта, применяется равным 0,8; γ_гр – удельный вес грунта; h₀ – высота слоя засыпки от верхней образующей трубопровода до поверхности грунта h₀=1; q_тр – расчетная нагрузка от собственного веса заизолированного трубопровода (q_м+q_и) и перекачиваемым продуктом q_пр.

;                                         (2.4.8)

;

где n_с.в – коэффициент надежности по нагрузкам от действия собственного веса, равный 1,1, а при расчете на продольную устойчивость и устойчивость положения равный 0,95; γ_м – удельный вес металла, из которого изготовлены трубы, для стали γ_м=78500 Н/м³; D_н, d – соответственно наружный и внутренний диаметры трубы.

Нагрузка от собственного веса металла трубы определяется по формуле:

q_м=0,95*78500*  = 2094,06 Н/м.

Нагрузка от собственного веса изоляции принимаем 10 % от q_м, т.е. q_и=209,4 Н/м.

Нагрузка от веса нефтепродукта, находящегося в трубопроводе единичной длины, определяется по формуле:

Нагрузка от веса нефти, находящейся в трубе единичной длины:

                                , Н/м;                         (2.4.9)

q_пр=850*9,81*3,14*1,002²/4=5836,9 Н/м.

Вычисляем нагрузку от собственного веса заизолированного трубопровода с перекачиваемым нефтепродуктом по формуле:

q_тр= q_м+q_и+q_пр,

где q_и – нагрузка от собственного веса изоляции для подземных трубопроводов.

q_тр=2094,06+209,4+5836,9=8140,3 Н/м.

q_верт = 0,8*16800*1,020* 8140,3 = 23213,4 Н/м.

Сопротивление грунта продольным перемещениям отрезка трубопровода единичной длины определяется по формуле:

;                                    (2.4.10)

где С_гр, кПа - коэффициент сцепления грунта (табл.1); Р_гр - среднее удельное давление на единицу поверхности контакта трубопровода с грунтом;

_гр , - угол внутреннего трения грунта (табл.1).

P₀=3,14*1,020*(12000+12652,05*tg15)=6010,8 Па.

N⁽¹⁾ _кр=4,09*  = 8,7*10⁶ Н.

Расчетные характеристики уплотненных влажных грунтов

Средней полосы России

                                                                                                                                    Таблица 3