Нормативная методика расчета трубопроводов на прочность

Прочностной расчет трубопроводов осуществляется по методу предельных состояний. Сущность метода заключается в том, что рассматривается такое напряженное состояние трубопровода, при котором дальнейшая его эксплуатация невозможна. Первое предельное состояние – несущая способность трубопровода (разрушение его под воздействием внутреннего давления), второе – предельно допустимые деформации. Характеристикой несущей способности трубопровода является временное сопротивление металла труб (предел прочности). При расчете на предельно допустимые деформации используется предел текучести материала трубы.

В качестве основных прочностных характеристик металла трубы в расчетах трубопроводов используются нормативные сопротивления растяжению (сжатию). Нормативные сопротивления  и  принимаются, соответственно, равными минимальным значениям временного сопротивления  и предела текучести . Расчетные сопротивления  и  определяются по формулам

;                                       (5.1)

;                                           (5.2)

где m – коэффициент условий работы трубопровода, равный 0,6 для участков трубопроводов категории «В», 0,75 для участков категорий I и II и 0,9 для участков категорий III и IV;  – коэффициенты надежности по материалу;  – коэффициент надежности по назначению трубопровода (СНиП 2.05.06-85).

Номинальная толщина стенки d трубопровода определяется согласно СНиП 2.05.06-85 следующим образом:

.                                     (5.3)

Если при этом продольные осевые напряжения, определяемые от расчетных нагрузок и воздействий (температурный перепад и внутреннее давление)                 

                   (5.4)

будут иметь отрицательное значение ( ), то величина d корректируется по формуле

 ,                                 (5.5)

где y1 – коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб, определяемый при сжимающих продольных осевых напряжениях ( ) по формуле:

.                      (5.6)

Толщина стенки трубопровода, определенная по формулам (5.3) и (5.5), округляется в большую сторону до ближайшей номинальной в соответствии с сортаментом на трубы.

Принятая толщина стенки труб должна быть не менее 1/140 значения наружного диаметра труб, но не менее 3 мм для труб условным диаметром D £ 200 мм и не менее 4 мм для труб условным диаметром D > 200 мм.

Приведенная методика расчёта представляет собой итерационный процесс, т.к. в выражение (5.4) для определения  требуется подставить значение d, уточняемое далее в формуле (5.5), после чего значение принимаемой по сортаменту толщины стенки может измениться и вычисление приходится повторять с новым значением d.

Подземные и наземные (в насыпи) трубопроводы в соответствии со СНиП 2.05.06-85 проверяются на прочность в продольном направлении и на отсутствие пластических деформаций.

Прочность в продольном направлении проверяется по условию

,                                     (5.7)

где  – соответственно, продольные осевые напряжения и расчетное сопротивление металла труб, МПа, определяемые па формулам (5.4) и (1.1); y2 – коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб, при растягивающих осевых продольных напряжениях ( )y2 = 1,0, при сжимающих ( ) определяется по формуле:                                  

,                      (5.8)

где  – кольцевые напряжения в стене трубы от расчетного внутреннего давления.

Для предотвращения недопустимых пластических деформаций трубопровода в продольном направлении проверку производят по условию (6.2), а в кольцевом направлении по условию

,                                   (5.9)

где  – кольцевые напряжения в стенках трубопровода от нормативного внутреннего давления, МПа.

Если одно из проверяемых условий не выполняется, следует либо подобрать другую марку стали с лучшими механическими характеристиками, либо увеличить толщину стенки трубы до ближайшей большей по сортаменту, и повторить расчет.