Прочность и устойчивость

3.14. Трубопроводы и стоякирассчитывают для следующих возможных видов разрушения: чрезмерного прогибатрубы; выпучивания стенки трубы; усталостного разрушения трубы; чрезмерногоразрушения утяжеляющего покрытия или его потеря; местной потери устойчивоститрубы.

3.15. Толщину стенкитрубопровода следует определять в соответствии с требованиями главы СНиП II-45-75, приняв за нормативное сопротивление растяжению(сжатию) металла труб временное сопротивление 6д по государственным стандартами техническим условиям.

Толщинустенки трубопровода по внутреннему давлению определяют по формуле

(1)

где D_н - наружныйдиаметр трубы, см;

Р - расчетное давление в трубопроводе, кгс/см;

n - коэффициент перегрузки расчетного давления, равный1,1;

R₁ - расчетное сопротивление материала, формула которогоимеет вид:

(2)

где m -коэффициент условий работы трубопровода, равный 0,6;

К₁ - коэффициент безопасности по материалу, принимаемыйпо табл.8 СНиП II-45-75;

К_н - коэффициент надежности, принимаемый по табл.10 СНиПII-45-75;

σ_в - минимальное значение временного сопротивления, принимаемоепо государственным стандартам и техническим условиям на трубы.

Расчетное давление втрубопроводе Р, уложенного на дно моря при глубине Н,определяется по формуле:

Р = Рэкс - Рв

(3)

где Р_экс - расчетноевнутреннее эксплуатационное давление, кгс/см²;

Pв - давление столба воды над рассматриваемой точкойтрубопровода, кгс/см²;

Рв = γв × hв

(4)

где γ_в - объемная масса морской воды, кг/см³;

h_в - высока столба воды над трубопроводом, см

hв = H + Δh

(5)

где Н - глубина моря врасчетной точке, см;

Δh - превышение взволнованной поверхности над расчетнымуровнем Н, см.

3.16. Толщину стенкитрубы трубопровода следует дополнительно определять по внешнему давлению изусловия

(6)

где r_cp -радиус трубы, см;

Е - модуль упругости материала трубы, кгс/см.

3.17.Сплющивание (овальность) трубы в результате изгиба не должна превышать 1%

(7)

Этот допуск относится к деформациямпри эксплуатации трубопровода, например, к заданной кривизне заглубленноготрубопровода или кривизне незаглубленного трубопровода, постоянноконтактирующего с дном.

Для незаглубленноготрубопровода, не находящегося в контакте с грунтом, эти требования применимыпри условии, что прогиб трубопровода приведет к такому контакту с дном, чтодеформация прекратится до превышения допускаемой величины.

3.18. Проверку прочноститрубопровода следует производить по разделу 8.29 СНиП II-45-75. При определении расчетного сопротивления R₂ коэффициент условий работы m,прижимается при действии только эксплуатационных нагрузок на трубопровод 0,9;на стояк 0,75. При одновременном действии эксплуатационной нагрузки и нагрузки отокружающей среды: на трубопровод - 1,1; на стояк - 0,95.

Рекомендуется такжепроизвести проверку прочности по объемному напряженному состоянию из условия

	(8)
	(9)

где σ_r -предел текучести материала труб;

K₂, K_H - коэффициенты безопасностии надежности, принимаемые в соответствии с табл. 9 и 10 СНиП II-45-75;

m -коэффициент условий работы, принимаемый в соответствии с п.3.18;

- максимальные суммарные продольные напряжения,принимаемые в соответствии с разд. 8.22 СНиП II-45-75;

- кольцевыенапряжения от внутреннего давления, принимаемые в соответствии с указаниямиразд. 8.21 СНиП II-45-75.

Напряжение сдвига τ (в точках с координатами х и у) можно вычислить по следующей формуле:

(10)

где - угол между радиусом, проходящим черезрассматриваемую точку (х, у) и направлением силы Q;

М_г - скручивающий момент;

Q - сдвигающая (перерезывающая) сила.

3.19. Проверку деформацийтрубопроводов следует производить в соответствии с разделом 8.21. СНиП II-45-75 при этой величину коэффициента С следуетпринимать для продольных напряжений при действии только эксплуатационнойнагрузки:

- для стояка - 0,65;

- для трубопровода - 0,75.

При одновременном действииэксплуатационной нагрузки и нагрузки и окружающей среды:

- для стояка - 0,85;

- для трубопровода - 0,95.

При расчете кольцевых напряжений , вызванных перепадом, между внутренним и внешнимдавлением, значение коэффициента С принимается равным 0,76.

Рекомендуется такжепроверять деформации по объемному напряженному состоянию из условия:

(11)

где σ_эк - напряжения, определяемые из формулы (9).

3.20 При выборе толщины стенкитрубопровода допуски на коррозию и эрозию нельзя включить в номинальнуютолщину, используемую для определения напряжений.

3.21. При расчетах прогиба инапряжений влияние бетонного покрытия на стальной трубопровод обычно непринимается во внимание. Покрытие, которое значительно увеличивает жесткостьтрубопровода, учитывается в расчетах.

3.22. Появление в периодэксплуатации трубопровода сжимающих напряжений может привести к выпучиванию(потере устойчивости) стенки трубы в результате:

- местного выпучивания стенки от внешнегодавления, осевого усилия и изгибающего момента;

- распространения вмятины (выпучивания)от внешнего давления, возникающего из-за появления вмятины (местноговыпучивания) или аналогичного дефекта;

- потери устойчивости стенок трубопроводав результате его общего сжатия как стержня.

3.23.Проверка устойчивости трубопровода от местного выпучивания стенки трубы приодновременном действии внешнего давления, осевых усилий и изгибающего моментапроизводится по формуле:

(12)

где - кольцевые напряжения от внешнего давления воды,определяемые по формуле

Значения напряжений σ₀₁ принимаются равными меньшему значению из величин ψ^*R и (Е - модуль упругости стали, D_ср средний диаметр трубы). Величину коэффициентов ψ^* и С принимают по табл. 39 СНиП II-В.3-72 взависимости от отношения D/2σ и класса стали. Для нефтегазопроводов значениекоэффициента С = 0,3 значение ψ^* обычно лежит впределах 0,8 - 0,93.

Значение σ₀₂ определяют по формуле

(13)

Значения коэффициента условийработы m принимаются следующими:

- для трубопроводов - 0,9;

- для стояков - 0,75.

3.24. Если появляетсязначительное внешнее давление (например, когда давление внутри трубопроводаравно атмосферному), и продольные напряжения в трубопроводе не известны, то отношения действующихкольцевых напряжений к критическим напряжениям σ₀₁ должны быть не больше 0,58 для газопроводов и 0,70 - для нефтепроводов.

3.25. Остаточная деформация,вызванная процессом укладки трубопровода на дно, не Должна превышать допустимыхпределов. Бели нет специальных исследований в этой области, то достаточно,чтобы остаточная продольная деформация не превышала 0,002 (0,2%) при самыхнеблагоприятных условиях окружающей среды (ветра, волн и течения). Это условиеотносится также к участкам трубопровода, на которых деформация не изменяется иконтролируется (например, на жесткой рампе трубоукладочной баржи).

3.26. Трубопроводы или участкитрубопроводов, а также стояки, которые могут быть подвержены значительнымколебаниям, должны рассчитываться на усталость. Особое внимание уделяетсяпровисающим участкам, которые могут колебаться в результате вихревого обтеканияпотоком жидкости.

Типичными причинами колебания напряженийв стояке являются движение (перемещение или деформация) платформы,непосредственное силовое действие волн, вибрация стояка под действием волненияи ветра.

Анализ усталостных напряжений особенноважен для тех частей конструкции, в которых возможно появление концентрациинапряжений.

3.27. При нормальных условияхукладки трубопровода эффект усталости материала труб можно не принимать вовнимание при условии, что приняты меры для избежания повторяющейся нагрузки (водном и том же месте) в течение длительного периода. Бели при укладке илиэксплуатации трубопровода предполагается появление усталостных напряжений, тонеобходимо рассчитывать трубопровод на выносливость.

3.28.Расчет на выносливость трубопроводов и стояков при малоцикловых нагрузкахотличается от расчета на статическую прочность только тем, что расчетноесопротивление металла труб и их сварных соединений R₂ понижают на коэффициент выносливости γ, который устанавливается извыражения

(14)

где σ_ρk -ограниченный предел выносливости конструкции трубопровода при заданном числе ихарактеристике циклов нагружения ρ и наличии концентраторовнапряжений К, кгс/мм²;

σ_Т - предел текучести материала труб, кгс/мм².

При этом следует иметь в виду, чтоприведенная зависимость (14) может быть использована при условии σ_ρk ≤ σ_Т, так как в качестве предельно допустимого напряженияпринят предел текучести материала конструкции трубопровода.

В аналитическом видеограниченный предел выносливости трубопровода определяют по формуле

(15)

где σ_в и σ_-1,k -соответственно предал прочности материала труб и ограниченный предел выносливостиконструкции трубопровода с концентраторами напряжений при симметричном цикленагружения, кгс/мм²;

ρ - характеристика цикла нагружения трубопровода,равная отношению наименьших к наибольшим напряжениям (по абсолютной величине), возникающихв трубопроводе при воздействии внешних нагрузок.

При симметричном цикле нагружения ρ= -1 выражение (15) упрощается и принимает вид σ_ρk = σ_-1,k

Для расчета можно использоватьэмпирические зависимости между знакопеременными напряжениями в трубопроводе присимметричном цикле нагружения и числом циклов, предшествующих их разрушению отусталости при малоцикловых нагрузках. Эти зависимости имеют следующий вид:

при работе трубопроводабез контактов с морской водой

(16)

при воздействии морской воды

(17)

Эти зависимости установленыэкспериментальным путем на базе числа циклов N = 10⁶ для трубиз малоуглеродистой стали.

Используя формулы (14) - (17), не сложнорассчитать значения коэффициента γ для различных условий сооруженияморских трубопроводов.

Значения эффективного коэффициентаконцентрации напряжений β приведены в табл. 1.

Таблица 1

Расчетные сечения конструкции трубопровода	Коэффициент β для труб из углеродистой стали
на воздухе	в морской воде
Основной металл труб с необработанной прокатной поверхностью	1,0	1,1
Стыковые сварные соединения труб: механизированная электродуговая сварка под флюсом, полуавтоматическая в среде углекислого газа и т.д.	1,2	1,5
ручная электродуговая сварка	1,3	1,6
контактно-стыковая сварка непрерывным оплавлением	1,4	1,5
то же, со снятым усилением сварного шва механическим путем	1,0	1,1
Стыковые сварные соединения труб с непроваром в корне шва до 10% от толщины стенки трубы	1,5	1,8

3.29. Призаглублении трубопроводов особое внимание необходимо уделять обеспечениюзаданной кривизне трубопровода во времяего опускания в траншею, а также влиянию траншеекопателя или процессазаглубления на трубопровод, особенно его защитному покрытию.

3.30. Стояк рассчитывают наместное выпучивание стенки трубы, вызванное внешним давлением, осевым усилием иизгибающим моментом. В зависимости от способа опирания и нагрузки на стоякможет потребоваться исследование устойчивости стояка, как стержня при сжатии.

Стояки должны проектироваться такимобразом, чтобы их выпучивание, как стержня при сжатии, было невозможным.

3.31. Опоры для стояковконструируются таким образом, чтобы получить равномерную передачу сил междустояком и опорой. Опоры обычно рассчитываются с той же степенью надежности, каки стояк, который они поддерживают.

3.32. При монтажных работах, независимоот способа монтажа, анализ проводится для того, чтобы убедиться в прочностистояка и соединенного с ним трубопровода; при этом надежность готовойтрубопроводной системы должна соответствовать проекту.

Если стояку придают постоянную кривизну,то в качестве критерия принимают ограничение в деформации и сплющивании вместонапряжения.

Допускаемая постоянная деформация зависитот вязкости материала трубы. Допускается общая постоянная деформация от изгибане более 1,5%. Если процесс изгиба включает последовательно изгибание ивыпрямление участка трубопровода, то овальность не должна превышать 1%(соответствующие радиусы кривизны - 33D_н и 50D_н).

Овальность, вызваннаяпостоянной кривизной, не должна превышать 1,5%, Максимальная допустимаяовальность должна составлять 2,5% (вместе с начальной овальностью 1%).

(18)

3.33. Длязаглубленных трубопроводов изгибающий момент определяется в зависимости откривизны трубопровода вдоль траншеи.

Для не заглубленных трубопроводов максимальнаядлина провисающего участка определяется из характера вертикального профилятрубопровода и размеров ожидаемых провисающих участков трубопровода. Бели такиеданные получить затруднительно, то для расчета можно принять длину провисающегоучастка, равную 100 диаметрам трубопровода.

3.34. При укладкетрубопроводов способом протаскивания по дну общие напряжения, вызванныерастяжением и изгибом, не должны превышать нормативного сопротивлениярастяжению, при этом значение коэффициента условий работы m принимаетсяравным 1.

3.35. Трубопровод должныпригружать, закреплять или заглублять таким образом, чтобы при эксплуатационныхусловиях он не смещался со своего первоначального положения (при этомперемещения, вызванные допускаемой деформацией при температурном расширении илиосадкой после укладки, не принимаются во внимание).

3.36. Если какой-либо участоктрубопровода лежит на возвышениях или около них, то необходимо принять вовнимание опасность его разрушения от оползня.

3.37. Заглубленныетрубопроводы следует проверять на возможность их погружения или всплытия приусловии, что при погружении труба заполнена водой, а при всплытии - воздухом.

3.38. В расчетах следуетучитывать, что в сильно разжиженной грунте трубопровод может всплыть, имеяотносительную плотность, меньшую плотности обводненного грунта. В противномслучае трубопровод может самопроизвольно заглубляться.

3.39. Бели грунт обводнен, тонеобходимо рассчитать, что глубина погружения трубопровода будет ограниченалибо глубиной обводнения грунта, либо сопротивлением грунта при погружениитрубопровода.

3.40. Незаглубленныетрубопроводы, находящиеся непосредственно на дне моря без каких-либоспециальных опорных элементов или анкерных устройств, должны проверять напогружение таким же образом, как и заглубленные. Кроме того, такие трубопроводыдолжны иметь требуемую надежность против всплытия со дна или горизонтальногоперемещения.

Трубопроводы для перекачки жидкости илигаза в состоянии заполнения воздухом или газом должны иметь относительнуюплотность выше, чем плотность морской воды или обводненного грунта.

3.41. Расчет устойчивоститрубопроводов при воздействии на них волн и течения производится в соответствиис указаниями, приведенными в прил. 1.

3.42. Усилия в трубопроводепри укладке на большие глубины и оптимизацию режима укладки можно рассчитать всоответствии с указаниями, приведенными в прил. 4.

---

Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 17; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!