Глубоководныйучасток

Для трубопроводов,укладываемых на глубоководных участках трассы, волновые воздействия можно неучитывать. Устойчивость трубопровода будет обеспечена, если его наименьший весподобран в соответствии с условием:

(19)

Рис. 3. Графики значений коэффициентовудельной нагрузки от волн θ_х(а), ε_х(δ)

Значение коэффициента надежностипринимается К_н =1,15 - 1,20 в зависимости отгидрометеорологических условий по трассе трубопровода.

Рис. 4. Рекомендуемые значения коэффициенталобового сопротивления Сх при обтекании трубопровода равномернымустановившимся потоком жидкости

Рис. 5.Рекомендуемые значения коэффициента подъемной силы С_z

Значения величинвходящих в формулу (19) устанавливают пониже следующим зависимостям:

	(20)
	(21)
	(22)
	(23)

При значительном придоннойтечении (0,5 м/с) дополнительно к весу балласта, определенному по формуле (22),добавляется вое балласта, определенный по формулам (28), (36), (37), компенсирующий нагрузку, вызваннуютечением.

Вес под водой балласта,потребного для пригрузки 1 мпо длине трубопровода, определяется по формуле

(24)

При балластировке трубопровода одиночнымижелезобетонными или чугунными грузами расчетное расстояние между балластнымигрузами (по осям) по длине трубопровода устанавливается по формуле

(25)

При балластировке трубопроводасплошным бетонным покрытием наружный диаметр обетонированного подводноготрубопровода определяют по формуле:

(26)

Формула необходимой толщины бетонного покрытия имеетвид:

(27)

МЕЛКОВОДНЫЙУЧАСТОК

Для определения параметров волнения необходимопользоваться картой акватории, на которой обозначена трасса трубопровода,нанесены линии равных высот и показано направление (лучи) распространения ихпри прохождении над трубопроводом [8].

Вероятностные характеристики расчетнойволны при определении устойчивости морских трубопроводов принимаются всоответствии с указаниями Рекомендаций, разд.3.5.

Допустимыйнаименьший вес трубопровода в воде рассчитывают по формуле

(28)

Рекомендуемые величиныкоэффициентов n и f приведены в табл. 2. Эти значения целесообразно уточнятьопытным путем в каждом конкретном случав в зависимости от свойств грунтаморского дна по трассе трубопровода.

Таблица 2

Поверхностные грунты морского дна	Коэффициенты	1/nf
n	f
Разрушенная скала, скальные грунты	1,15	0,65	1,35
Крупные пески и гравелистые грунты	1,25	0,55	1,45
Мелкие пески и супеси	1,35	0,45	1,65
Илистые и суглинистые грунты	1,45	0,40	1,75

Коэффициент надежности К_н зависит от точности выбранных значений коэффициентов n и f и принимаетсяравным 1,1.

Если определенный поформуле (28) допустимый вес трубопровода в воде оказывается большим, чемфактический вес запроектированного трубопровода, то трубопровод необходимозабалластировать грузами, надежно прикрепленными к нему через определенныерасстояния, или сплошным бетонным утяжеляющим покрытием. Величину балластировки1 мсвободно лежащего на дне трубопровода принимают:

(29)

При использовании сплошного утяжеляющегопокрытия или при балластировке отдельными грузами, расстояние между которыми всвету меньше полуторной протяженности груза, расчет сил волновых воздействий идавления от течения производится повторно, если ожидается значительноеувеличение этих нагрузок с учетом увеличенного соответственно наружногодиаметра трубопровода.

Расчетныегоризонтальная (боковая) и вертикальная (подъёмная) силы от воздействия волн итечений определяют по формулам:

	(30)
	(31)

Выбор самых невыгодныхсочетаний горизонтальной и вертикальной проекций сил волнового давлений натрубопровод производится в соответствии с указаниями СНиП II-57-75 "Нагрузкии воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов).Нормы проектирования" [4].

Максимальнуюгоризонтальную Р_хм и соответствующую вертикальную P_s проекциинагрузок от волн, действующих на 1м длины лежащего на дне трубопровода, необходимоопределять по формулам:

Pхм = Рхиδхи + Рхсδхс	(32)
Рz = -9/5Рхсδхс	(33)
	(34)
	(35)

Расчет составляющих силы давления от теченияпроизводят по зависимостям:

	(36)
	(37)

Все расчеты устойчивоститрубопровода выполняют для 1 мтрубопровода. Неравномерность распределения волновой нагрузки по длине трубопроводазначительной протяженности учитывают введением в расчетные формулы (30) и (31)коэффициента: снижения волновой нагрузки К_сн, значениякоторого приведены в табл. 3.

Если гребни волн не параллельны трассетрубопровода, то волновые нагрузки следует рассчитывать так же, как и в случавнормального подхода волн о последующим умножением результата на коэффициент cos²φ где φ° - угол между лучом набегающей волныи нормалью к трассе трубопровода.

Аналогично рассчитываются нагрузки оттечения c поправкой на коэффициент cos²β где β°, - угол между нормалью к оситрубопровода и направлением придонного течения.

Таблица 3

Расстояние между опорами по трассе трубопровода	коэффициент снижения волновой нагрузки, Ксн
< 0,25 λ	0,8
0,25 λ - 0.50λ	0,7
0,5 0λ - λ	0,6
> λ	0,5

Прибрежный участок

Границей между мелководным и прибрежнымучастками по трассе трубопровода следует принимать глубину моря, равнуюполуторной высоте волны в данном створе; последнюю следует определять понаблюдениям или рассчитывать согласно Техническим условиям СН 288-64 (Указанияпо проектированию гидротехнических сооружений, подверженных волновымвоздействиям. М. Госстройиздат, 1965) с учетом деформации волн, выходящих сглубокой воды на мелководье.

Суммарную силувоздействия волн и течений на свободно лежащий на дне трубопровод на прибрежныхучастках трассы рассчитывают по приведенным выше формулам (28) - (37). Приэтом горизонтальную и вертикальную проекции силы волнового давления (30) и (31)следует умножать на поправочный коэффициент α

(38)

В случае отсутствия данныхнаблюдений в натуре высоту бегущей волны перед разрушением принимают равной h^’ =0,7Н₀, где Н₀ - глубина моря в створе обрушения волн.

На прибрежных участкахтрассы подводные трубопроводы, заглубляются в грунт. При этом под воздействиемприбойных волн возможен переход грунта в жидкотекучее состояние. В этихусловиях трубопровод необходимо дополнительно проверять на устойчивость всоответствии с зависимостью

γТ ≥ Кнγг

(39)

Объемную массу разжиженного грунта определяют -по.данным инженерных изысканий из выражения

(40)

Коэффициент надежности К_н принимается равным не менее 1,1.

Условную объемную массуконструкции трубопровода (1 мпо его длине) устанавливают по зависимости

Примеры расчета

Пример 1.

Требуется определить пригрузкугазопровода с наружным диаметром D_б = 1,2м, вес в воде которого составляет 267 кгс/м (трубадиаметром 1016×21,5 мм, изоляция толщиной 5мм, γ_из = 1850 кгс/м³,сплошное бетонное покрытие толщиной 87мм, γ_б =2850 кгс/м³).

Газопровод прокладывается по трассе приследующих условиях:

скорость ветра W = 20 м/с,

разгон D = 350км,

продолжительность действия t = 12ч,

скорости течения у дна изменяются потрассе V =0,4 - 0,75 м/с.

Наибольшая глубина по трассе составляет 30м.

1. Расчет элементов волнпроизведен в соответствии с указаниями СНиП II-57-75 "Нагрузкии воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов).Нормы проектирования". Результаты расчета элементов волн при расчетнойскорости ветра 20 м/с, разгоне 350км и продолжительности действия 12 ч приведены в табл. 4.

2. Расчет волновых воздействийна 1 мтрубопровода, свободно уложенного на морском дне, производят в следующейпоследовательности.

3. По графику (см. рис.2) выбирают значения коэффициентов δ_хс= 0,05 и δ_хи = 1 в зависимости от соотношения Н/λ=20/108 = -0,2, λ/h= 108/6 = 18 и X = 0,2 (далее приводятся данные по расчету 3 участка потрассе газопровода).

4. По графику (см. рис.3) устанавливают значения коэффициентов θ_x =0,5 и ε_х = 0,1 в зависимости от

5. По формулам (34) и (35)определяют P_хи и Р_хс

Таблица 4

Номера участков по трассе	Глубина моря Н, м	Расчетные параметры волн	Морские течения	Донные грунты
H 5%, м	λ, м	τ, с	φ°
V, м/с	β°
		-	-	-		0,75	Прямой подход к трубопроводу	Пески средней плотности
		6,0				0,75
		6,0				0,5
		6,4				0,4
		6,0				0,4
		6,0				0,4
		-	-	-		0,4

Р_хи =3/4×1030×3,14²×1,2²×6/108×0,5=300кгс/м;

Р_хс=1030×3,14×1,2×6²/108×0,1=112кгс/м

6. По формулам (32) и (33)рассчитывают Р_хм и Р_z:

Р_xм=300×1 + 112×0,05 =305,6 кгс/м;

Р₈= -9/5×112×0,05 = 10кгс/м.

7. На прибрежных участках 1 и7 по трассе газопровода значения Р_хм и P_z увеличенына коэффициент α = 1 + 1,2×(6,4 - 6,0)/2,0 = 1,1

8. Расчет сил давления отвоздействия юрского течения на 1м трубопровода производят по формулам (36) и (37)

Р_хT = 1,2×1030×1,2×0,5²/2×9,81= 18,9 кгс/м;

Р_zT = 0,8×1030×1,2×0,5²/2×9,81= 12,6 кгс/м;

9. Расчет горизонтальной и вертикальнойсоставляющих силы от совместного воздействия волн и течения с учетомкоэффициента снижения, равного 0,6, производят по формулам (30) и (31):

(Р_х)_расч=0,5×305.6×0,49 + 18,9 =93,7 кгс/м;

(Р_z)_расч = 0,5×10×0,49 + 12,6 = 15кгс/м.

10. Допустимый наименьший вес в воде 1м трубопровода устанавливают по формуле (28) с использованием данных, приведенных в табл. 2

G > 1,2 (1,65×93,7 + 15) = 203,5 кгс/м

По аналогии с расчетами, выполненными для3-го участка, произведены соответствующие вычисления, применительно к исходнымданным для 1 - 7 участков трассы газопровода (рис.6). Основные данные расчетапредставлены в табл. 5.

Рис.6. Схема расположения трассы газопровода и волнового поля (t =12 ч; D =350 км; V = 20 м/с)

Таблица 5

Номера участков по трассе	(Рх)расч.	(Рz) расч	G	γТ	Рекомендуемые мероприятия
	159,0	32,0	353,1	1,3	Дополнительная пригрузка или заглубление в грунт
	148,3	31,6	331,4	1,28	То же
	93,7	15,0	203,5	1,17	Без пригрузки
	110,5	11,2	232,2	1,2	То же
	126,6	11,7	264,6	1,23	То же
	174,4	13,3	361,2	1,31	Дополнительная пригрузка или заглубление в грунт
	190,5	13,8	393,7	1,34	То же

Таким образом, расчет показал,что применительно к исходным данным рассмотренный газопровод необходимо дополнительнопригрузить или заглубить в грунт на прибрежных участках трассы при глубине морядо 10 м.На остальных участках трассы вес газопровода достаточный для надежнойэксплуатации на дне моря.

Пример 2.

Требуется рассчитать необходимую объемнуюмассу трубопровода, заглубленного на прибрежном участке в глинистый грунт, судельной массой скелета грунта G_gp = 2650 кгс/м³при насыщенности 194% (объемная масса воды γ_в =1030 кгс/м³). При этом отсутствует сопротивление сдвигу разжиженногогрунта.

1. Объемную массу разжиженного грунтаопределяют по формуле:

γ_г =2,65×1,03×(1+1,94)/2,65×1,94+1=1,3 т/м³

2. Объемная масса трубопровода должнабыть равна или превышать следующую величину;

γ_Т ≥ К_н×γ_г=1,1×1,3 = 1.43 т/м³.

---

Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 21; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!