Методика проверки теплопровода на устойчивость

Критическое усилие, Н/м, от наиболее невыгодного сочетания воздействий и нагрузок, при котором неразрезной теплопровод теряет устойчивость, подсчитывается по формуле

                                                    (Г.1)

где N - осевое сжимающее усилие в трубе, Н;

Е - модуль упругости материала трубы, Н/мм²;

I - момент инерции трубы, см⁴;

i - начальный изгиб трубы, м:

                                                                  (Г.2)

L _изг - длина местного изгиба теплопровода, м:

                                                     (Г.3)

где | N | - абсолютное значение величины осевого сжимающего усилия в трубе, Н.

Вертикальная нагрузка, Н/м, оказывает стабилизирующее влияние и определяется по формуле

                      (Г.4)

где q _грунта - вес грунта над теплопроводом, Н/м;

q _трубы - вес 1 м теплопровода с водой, Н/м;

S _сдвига - сдвигающая сила, возникающая в результате действия давления грунта в состоянии покоя, Н/м.

Для случаев, когда уровень стояния грунтовых вод ниже глубины заложения теплопровода:

                                          (Г.5)

                                      (Г.6)

где g - удельный вес грунта, Н/м³;

Z - глубина засыпки по отношению к оси трубы, м;

K ₀ - коэффициент давления грунта в состоянии покоя, K ₀ = 0,5;

j _гр - угол внутреннего трения грунта;

D _об - наружный диаметр оболочки, м.

Осевое сжимающее усилие, Н, в защемленном участке прямой трубы с равномерно распределенной вертикальной нагрузкой:

            (Г.7)

где F _ст - площадь кольцевого сечения трубы, мм²;

a - коэффициент линейного расширения стали, мм/м×°С;

Е - модуль упругости материала трубы, Н/мм²;

D t - принимать равным (t ₁ - t _монт), °С;

s _раст - растягивающее окружное напряжение от внутреннего давления, Н/мм²;

Р - внутреннее давление, МПа;

F _пл - площадь действия внутреннего давления ( ), мм².

Пример

Провести проверку теплопровода диаметром 159´4,5 мм, проложенного бесканально, на устойчивость при наиболее неблагоприятном сочетании нагрузок и воздействий. Для случая, когда уровень стояния грунтовых вод ниже глубины заложения теплопровода.

Осевое сжимающее усилие в защемленной трубе

Длина местного изгиба теплопровода:

Начальный изгиб трубы:

Критическое усилие, при котором защемленный теплопровод при бесканальной прокладке теряет устойчивость:

Вес грунта над теплопроводом:

Сдвигающая сила, возникающая в результате действия давления грунта в состоянии покоя при j = 35°:

Стабилизирующая вертикальная нагрузка

Условие устойчивости R_ст > R_кр, т.е. 10861 > > 9630 Н/м, выполняется.

Если уровень грунтовых или сезонных поверхностных вод (паводок, подтопляемые территории и т.п.) может подниматься выше глубины заложения бесканально прокладываемых теплопроводов, т.е. существует вероятность всплытия труб при их опорожнении, необходимый вес балласта, Н/м, который должен сообщить теплопроводу надежную отрицательную плавучесть, определяется по формуле

                      (Г.8)

где K _вспл - коэффициент устойчивости против всплытия. Принимается равным: 1,10 - при периодически высоком уровне грунтовых вод или при прокладках в зонах подтопляемых территорий; 1,15 - при прокладках по болотистой местности;

g _пульпы - удельный вес пульпы (воды и взвешенных частиц грунта), Н/м³;

w _вспл - объем пульпы, вытесненной теплопроводом, м³/м;

g _трубы - вес 1 м теплопровода без воды, Н/м;

q _н.п - вес неподвижных опор, Н/м.

При ведении вблизи земляных работ среднее расстояние между теплотрассой (при двухтрубной прокладке) и бровкой откоса X следует определять по формуле

                                            (Г.9)

Рисунок Г.1

В этой формуле  - коэффициент пассивного давления, принимаемый для песка равным 3,0.

В зависимости от угла наклона бокового откоса a (рисунок Г.1), расстояние принимается:

- при ctg a > 0,5 - равным расстоянию до бровки откоса;

- при вертикальных стенках и выемке грунта без креплений - X + 5(0,5 D _к + 0,01), м;

- при вертикальных стенках и выемке грунта с использованием креплений принимается расстояние до места выемки грунта.

Приведенные формулы справедливы для случая, когда выемка грунта производится на глубину не более 0,1 м под проложенными трубами. В противном случае необходимо проводить расчет с помощью общих аналитических методов расчета на устойчивость.

ПРИЛОЖЕНИЕ Д