Расчет прочности участка конденсатопровода на границе перехода оттаивающих многолетнемерзлых грунтов в талые
Расчет прочности участка трубопровода на границе перехода оттаивающих многолетнемерзлых грунтов в талые
Зная разницу осадок грунтов с различной степенью просадочности (или разницу осадок мерзлого и талого грунта), определяем максимальные напряжения от изгиба конденсатопровода:
, (1)
где 
и 
- соответственно, модуль деформации материала трубопровода, Па и осевой момент инерции поперечного сечения трубы, м4; 
;
- действующая на конденсатопровод нагрузка, H/м, определяемая по формуле:
, (2)
, 
,
где q тр, q пр, q из - соответственно, нагрузка от веса трубопровода, продукта и изоляции, H/м;
q выт - выталкивающая сила воды, H/м;
q гр - предельное значение нагрузки грунта засыпки на единицу длины трубопровода при неравномерной осадке его основания, H/м.
, (3)
где 
- объемный вес грунта засыпки в естественном состоянии, H/м;
h 0 - глубина заложения трубопровода (до верхней образующей трубы), м;
D н - наружный диаметр неизолированного трубопровода, м;
- угол внутреннего трения грунта засыпки, град
(4)
где 
- коэффициент надежности по нагрузке от веса трубопровода ( =1,1);
- объемный вес материала трубы (для стали = 78500 H/м3);
D н - наружный диаметр трубопровода, м;
Dвн - внутренний диаметр трубопровода, м
, 
- толщина стенки трубы, м.
|
|
|
Нагрузка от веса продукта, H/м.
, (5)
где 
- плотность конденсата, кг/м3 (для конденсата =0,68.103 кг/м3);
g - ускорение свободного падения, 9,8 м/с2.
Нагрузка от веса изоляции может принимать ≈ 10% от веса трубопровода:
, (6)
- разница осадок мерзлого и талого грунта, м;
W - осевой момент сопротивления поперечного сечения трубы, м3.
. (7)
Далее проверим условие недопустимости пластических деформаций в соответствии со СНиП 2.05.06.-85* магистральные трубопроводы:
, (8)
где 
- максимальные суммарные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий:
, (9)
где 
- коэффициент линейного расширения материала трубы, 1/oС (для стали 
, 1/oС);
E - модуль упругости материала трубы (для стали E = 2,06.105, МПа);
- температурный перепад, oС.
,
где t э - температура стенки трубопровода при эксплуатации, 0С;
t ф - температура замыкания сварных стыков при строительстве трубопровода, oС;
- коэффициент Пуассона материала трубы (для стали =0,3);
P - внутреннее давление продукта в трубопроводе, МПа,
|
|
|
D вн и 
- соответственно, внутренний диаметр и толщина стенки трубы, мм;
- напряжения от упругого изгиба трубопровода, МПа.
, (10)
E - МПа, D н - м, R - радиус упругого изгиба трубопровода, м; 
;
- изгибные напряжения, возникающие от неравномерной осадки грунта 
, определяемые по формуле (1).
В правой части выражения (8):
- коэффициент, отражающий двуостное напряженное состояние трубопровода; рассчитывается по формуле:
,
где 
- кольцевые напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий, МПа.
,
,
где 
- коэффициент условий работы участка трубопровода, зависящий от категории участка; 
- нормативное сопротивление материала трубы растяжению – сжатию, МПа, 
(прдел текучести материала трубы, зависящий от марки стали); K н - коэффициент надежности по назначению трубопровода, принимается по СНиП 2.05.06-85*.
По результатам расчета строится график зависимости суммарных продольных напряжений от .
Из графика можно определить предельную величину разности осадки талых и мерзлых грунтов, при превышении которой суммарные продольные напряжения превышают допускаемые. Т.е. в трубопроводе в этом случае могут появляться пластические деформации, которые недопустимы по теории 2-го предельного состояния, которая положена в основу СНиП 2.05.06-85*.
|
|
|
Расчет прочности участка конденсатопровода на границе перехода оттаивающих многолетнемерзлых грунтов в талые
Исходные данные:
наружный диаметр трубопровода D н - 720 мм;
толщина стенки трубы - 9 мм;
марка стали труб – 09Г2С;
Механические характеристики стали:
– предел прочности 
- 490 МПа;
– предел текучести 
- 340 МПа;
температура перекачиваемого продукта t пр - (9 oС);
коэффициент условий работы трубопровода m - 0,75 (участок I категории);
коэффициент надежности по назначению K н - 1 [1];
температура фиксации расчетной схемы трубопровода t ф - (минус 20 oС);
температура стенки трубопровода при эксплуатации t э - (5 oС);
глубина заложения трубопровода до верхней образующей h 0 - 1 м;
объемный вес конденсата 
, Н/м;
Характеристики грунта засыпки (суглинок):
– объемный вес грунта 
, Н/м;
– угол внутреннего трения 
- 21o;
– температура мерзлого грунта t гр - (минус 0,8 oС).
Рассчитаем суммарные продольные напряжения от нормативных нагрузок и воздействий по формуле () для величин разности осадок мерзлого и талого грунта : 5, 10, 15, 20, 30 см при первоначальном радиусе упругого изгиба трубопровода R = 5000.D н (т. е. практически прямолинейный участок) и при R = 3000.D н. График зависимости 
от представлен на рис. 1.
|
|
|
Рис. 1. График зависимости от
( ______ продольные напряжения при R = 3000.D, ----- продольные напряжения при R = 5000.D, _х__х__х _ допускаемые напряжения)
Допускаемые напряжения для рассматриваемого участка трубопровода
= 106,68 МПа.
Приведенная зависимость продольных напряжений от величины неравномерной осадки мерзлого грунта 
аппроксимирована степенной зависимостью: y = 68,396x0,2462, коэффициентом корреляции R2 = 0,9973.
Из графика можно определить предельно допустимую величину осадки при различных исходных радиусах изгиба трубопровода (при R = 3000.D предельно допустима величина осадки равна 16,5 см, а при при R = 5000.D – 20,5 см).
Определенному значению 
соответствует конкретный радиус дополнительного изгиба трубопровода при оттаивании мерзлого грунта.
Приравняем продольные напряжения от предварительного изгиба трубопровода изгибным напряжениям от осадки мерзлого грунта:
.
Отсюда 
.
График зависимости R от приведен на рис. 2.
Рис. 2. График зависимости R от
( --- зависимость R от , ____ линия тренда)
Приведенная зависимость радиуса упругого изгиба R от величины неравномерной осадки мерзлого грунта аппроксимирована степенной зависимостью: y = 1584,8x-0,3261, с коэффициентом корреляции R2 = 0,997.
Таким образом, зная предполагаемую величину осадки мерзлого грунта на границе перехода мерзлого грунта в талый, можно еще на стадии проектирования задать предварительный радиус упругого изгиба трубопровода ( 
) на участке мерзлых грунтов. В процессе эксплуатации в результате осадки мерзлого грунта при оттаивании радиус изгиба будет увеличиваться, т.е. ось трубопровода будет выполаживаться, при этом напряжения изгиба будут снижаться.
Дата добавления: 2019-02-26; просмотров: 82; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!