Проверка прочности и устойчивости подземных трубопроводов

Проверку на прочность подземных и наземных (в насыпи) трубопроводов в продольном направлении следует производить из условия

, (3.9)

, (3.10)

где R1	—	обозначение то же, что в формуле (3.9);
sкц	—	кольцевые напряжения от расчетного внутреннего давления, МПа, определяемые по формуле

, (3.11)

—

где dн номинальная толщина стенки трубы, см.

Продольные осевые напряжения s_пр.N, МПа, определяются от расчетных нагрузок и воздействий с учетом упругопластической работы металла. Расчетная схема должна отражать условия работы трубопровода и взаимодействие его с грунтом. В частности, для прямолинейных и упруго-изогнутых участков подземных и наземных (в насыпи) трубопроводов при отсутствии продольных и поперечных перемещений, просадок и пучения грунта продольные осевые напряжения определяются по формуле

(3.12)

где (3.13)

(3.14)

где a	—	коэффициент линейного расширения металла трубы, град-1;
Е	—	переменный параметр упругости (модуль Юнга), МПа;
Dt	—	расчетный температурный перепад, принимаемый положительным при нагревании, °С;
m	—	переменный коэффициент поперечной деформации стали (коэффициент Пуассона);
si	—	интенсивность напряжений, определяемая через главные напряжения; для данного частного случая по формуле

; (3.15)

где ei

—

интенсивность деформаций, определяемая по интенсивности напряжений в соответствии с диаграммой деформирования, рассчитываемой по нормированной диаграмме растяжения s—e по формулам:

, (3.16)

; (3.17)

где m0	—	коэффициент поперечной деформации в упругой области;
E	—	модуль упругости, МПа.

Абсолютное значение максимального положительного Dt₍₊₎ или отрицательного Dt_(-) температурного перепада, при котором толщина стенки определяется только из условия восприятия внутреннего давления для рассматриваемого частного случая соответственно по формулам:

; . (3.18)

Для трубопроводов, прокладываемых в районах горных выработок, дополнительные продольные осевые растягивающие напряжения , МПа, вызываемые горизонтальными деформациями грунта от горных выработок, определяются по формуле

, (3.19)

где Е0	—	переменный параметр упругости (модуль Юнга), МПа;
l0	—	максимальные перемещения трубопровода на участке, вызываемые сдвижением грунта, см, определяются по формуле

; (3.20)

где lm

—

длина участка деформации трубопровода с учетом его работы за пределами мульды сдвижения, см;

, (3.21)

где tпр.гр	—	предельное сопротивление грунта продольным перемещениям трубопровода, МПа;
l	—	длина участка однозначных деформаций земной поверхности в полумульде сдвижения, пересекаемого трубопроводом, см;

, (3.22)

x0	—	максимальное сдвижение земной поверхности в полумульде, пересекаемой трубопроводом, см;
dн	—	обозначение то же, что в формуле (3.11);
uмакс	—	перемещение, соответствующее наступлению предельного значения tпр.гр, см.

Для предотвращения недопустимых пластических деформаций подземных и наземных (в насыпи) трубопроводов проверку необходимо производить по условиям:

, (3.23)

; (3.24)

где	—	максимальные (фибровые) суммарные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий, МПа;
y3	—	коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб; при растягивающих продольных напряжениях принимаемый равным единице, при сжимающих - определяемый по формуле

, (3.25)

где

—

кольцевые напряжения от нормативного (рабочего) давления, МПа, определяемые по формуле

. (3.26)

Максимальные суммарные продольные напряжения , МПа, определяются от всех (с учетом их сочетания) нормативных нагрузок и воздействий с учетом поперечных и продольных перемещений трубопровода в соответствии с правилами строительной механики. При определении жесткости и напряженного состояния отвода следует учитывать условия его сопряжения с трубой и влияние внутреннего давления.

В частности, для прямолинейных и упруго-изогнутых участков трубопроводов при отсутствии продольных и поперечных перемещений трубопровода, просадок и пучения грунта максимальные суммарные продольные напряжения от нормативных нагрузок и воздействий −внутреннего давления, температурного перепада и упругого изгиба , МПа, определяются по формуле

, (3.27)

где р

—

минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода, см.

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

, (3.28)

где S	—	эквивалентное продольное осевое усилие в сечении трубопровода, Н;
Nкр	—	продольное критическое усилие, Н, при котором наступает потеря продольной устойчивости трубопровода. Nкр 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, закрепляющих устройств с учетом их податливости. На обводненных участках следует учитывать гидростатическое воздействие воды.

Устойчивость положения (против всплытия) трубопроводов, прокладываемых на обводненных участках трассы, следует проверять для отдельных (в зависимости от условий строительства) участков по условию

, (3.30)

где Q_акт —суммарная расчетная нагрузка на трубопровод, действующая вверх, включая упругий отпор при прокладке свободным изгибом, Н;

Q_пас — суммарная расчетная нагрузка, действующая вниз (включая массу собственный вес), Н;

k_н.в — коэффициент надежности и устойчивости положения трубопровода против всплытия, принимаемый равным для участков перехода:

через болота, поймы, водоемы при отсутствия течения, обводненные и заливаемые участки в пределах ГГВ 1- % обеспеченности—1,05;

русловых через реки шириной до 200 м по среднему меженному уровню, включая прибрежные участки в границах производства подводно-технических работ—1,10;

через реки и водохранилища шириной свыше 200 м, а также горные реки—1,15;

нефтепроводов и нефтепродуктопроводов, для которых возможно их опорожнение и замещение продукта воздухом—1,03.

В частном случае при укладке трубопровода свободным изгибом при равномерной балластировке по длине величина нормативной интенсивности балластировки — вес на воздухе , Н/м, определяется из условия

, (3.31)

где nб	—	коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый равным: 0,9 — для железобетонных грузов; 1,0— для чугунных грузов;
qв	—	расчетная выталкивающая сила воды, действующая на трубопровод, Н/м;
qиз г	—	расчетная интенсивность нагрузки от упругого отпора при свободном изгибе трубопровода, Н/м, определяемая по формулам:

(для выпуклых кривых); (3.32)

(для вогнутых кривых); (3.33)

qтр	—	расчетная нагрузка от массы трубы. Н/м;
qдоп	—	расчетная нагрузка от веса продукта, Н/м, которая учитывается при расчете газопроводов и при расчете нефтепроводов и нефтепродуктопроводов, если в процессе их эксплуатации невозможно их опорожнение и замещение продукта воздухом.
gб	—	нормативная объемная масса материала пригрузки, кг/м3;
gв	—	плотность воды, принимаемая по данным изыскания, кг/м3;

В формулах (3.31) и (3.32):

I	—	момент инерции сечения трубопровода на рассматриваемом участке, см4;
b	—	угол поворота оси трубопровода, рад;
r	—	обозначение то же, что в формуле (3.27).

. При проверке продольной устойчивости трубопровода как сжатого стержня допускается учитывать вес грунта засыпки толщиной 1,0 м при обязательном соблюдении требований п. 6.6 в части заглубления трубопровода в дно не менее 1 м.

Расчетная несущая способность анкерного устройства, Б _анк, Н, определяется по формуле

, (3.34)

где z	—	количество анкеров в одном анкерном устройстве;
mанк	—	коэффициент условий работы анкерного устройства, принимаемый равным 1,0 при z = 1 или при z ³ 2 и Dн / Dанк ³ 3; а при z ³ 2 и 1 £ Dн / Dанк £ 3

; (3.35)

Pак

—

расчетная несущая способность анкера, Н, из условия несущей способности грунта основания, определяемая из условия

, (3.37)

D ак	—	максимальный линейный размер габарита проекции одного анкера на горизонтальную плоскость, см;
Ф анк	—	несущая способность анкера, Н, определяемая расчетом или по результатам полевых испытаний согласно СНиП 2.02.03-85;
k н	—	коэффициент надежности анкера, принимаемый равным 1,4 (если несущая способность анкера определена расчетом) или 1,25 (если несущая способность анкера определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой).