- •Загальні методичні вказівки
- •1 Практичне заняття №1. Розрахунок стійкості підводного трубопроводу
- •Контрольні запитання
- •2 Практичне заняття №2. Розрахунок тягового зусилля при укладанні трубопроводу у підводну траншею способом протягування
- •Контрольні запитання
- •3 Практичне заняття №3. Розрахунок напруженого стану трубопроводу при укладанні його з поверхні води
- •Контрольні запитання
- •4 Практичне заняття №4. Розрахунок параметрів прокладання трубопроводів похило-направленим бурінням
- •Контрольні запитання
- •5 Практичне заняття №5. Розрахунок надземних переходів без компенсації повздовжніх деформацій
- •Контрольні запитання
- •6 Практичне заняття №6. Розрахунок однопрогінного балкового переходу з г- подібними компенсаторами
- •Контрольні запитання
- •7 Практичне заняття №7. Розрахунок підвісного трубопроводу
- •Контрольні запитання
- •8 Практичне заняття №8. Розрахунок аркового переходу
- •Контрольні запитання
- •9 Практичне заняття №9. Розрахунок на міцність захисного футляру (кожуха) при перетині залізничних і автомобільних доріг
- •Контрольні запитання
Контрольні запитання
Яка принципова відмінність способу похило-направленого буріння від звичайного траншейного способу укладання трубопроводу?
Яка технологія спорудження підводних переходів способом похило-направленого буріння?
Для чого проводять розширення свердловини?
За допомогою чого проводять розширення свердловини?
Який буровий розчин використовують при спорудження підводних переходів способом похило-направленого буріння?
Які функції бурового розчину?
4.7) Що враховують при виборі типу бурової установки?
4.8) Які переваги спорудження підводних переходів способом похило-направленого буріння?
Які недоліки спорудження підводних переходів способом похило-направленого буріння?
5 Практичне заняття №5. Розрахунок надземних переходів без компенсації повздовжніх деформацій
Метою даного заняття є вивчення методики розрахунку надземних переходів без компенсації поздовжніх деформацій та забезпечення уміння застосовувати їх при необхідності.
Завдання - виконання перевірного розрахунку напруженого стану однопрогінного переходу при перетині перешкоди.
При перетинанні трубопроводами невеликих річок, балок, ярів та інших природних перешкод використовуються надземні балкові переходи, які в конструктивному відношенні можуть виконуватися одно- або багатопрогінними, з компенсуючими пристроями і без установки компенсаторів. Найбільш економічними конструктивними схемами є одно- і багатопрогінні (число прогонів не більше чотирьох) надземні балкові переходи без компенсації повздовжніх деформацій, тобто без установлення спеціальних компенсуючих пристроїв. Самокомпенсація повздовжніх деформацій при зміні температури, внутрішнього тиску, просадок опор і тощо. В таких системах прокладання забезпечується за рахунок додаткових прогинів трубопроводу у вертикальній площині і стискання матеріалу труб [1,7]. Розрахункова схема однопрогінного балкового переходу без компенсації повздовжніх деформацій зображена на рис.5.1.
Використовуємо розрахункову схему балкового переходу (рис.5.1,б) і приймаємо до уваги, що розподілене навантаження враховує власну вагу металу труб, вагу транспортованого продукту, вагу льоду та снігу. Але поки-що не враховуємо зміну температури і наявність внутрішнього тиску у трубопроводі. У такому випадку матимемо диференціальне рівняння пружної лінії осі трубопроводу у вигляді [8]
, (5.1)
де - модуль пружності матеріалу труб; - осьовий момент інерції поперечного перерізу труб; - прогин осі трубопроводу у довільному перерізі .
В результаті інтегрування рівняння (5.1) при врахуванні граничних умов (при при ) отримуємо
. (5.2)
Одержаний вираз (5.2) дозволяє знайти найбільший згинальний момент, який має місце в опорних перерізах і дорівнює , найбільший прогин (стрілу прогину) при . Крім того, можна знайти і найбільше напруження згину .
В процесі експлуатації трубопроводу є наявним внутрішній тиск у ньому, а також і зміна температури у навколишньому середовищі, а також і температура продукту, що транспортується. Внутрішній тиск у трубопроводі викликає поздовжнє напруження, величина якого визначається за формулою [6]
, (5.3)
де - коефіцієнт надійності по навантаженню; - коефіцієнт
Пуассона (для пластичних сталей ); - внутрішній тиск в трубопроводі; - внутрішній діаметр трубопроводу; - товщина труб.
Поздовжнє напруження від дії внутрішнього тиску і зміна температури трубопроводу викликають поздовжню силу [2,6]
, (5.4)
де - коефіцієнт лінійного розширення матеріалу труб; - площа поперечного перерізу труб.
а –конструкція переходу; б – розрахункова схема;
в – епюра згинальних моментів; 1 – трубопровід;
2 – опорна плита; 3 – водойма
Рисунок 5.1 – Однопрогінний балковий перехід
(без компенсації поздовжніх деформацій)
Послідовність розрахунку балкового переходу без компенсаторів така:
Визначається максимально допустима довжина прогону балкового переходу при врахуванні внутрішнього тиску в трубопроводі і розподіленого навантаження
, (5.5)
де - розрахунковий опір матеріалу труб.
Обчислюється стріла прогину від розподіленого навантаження
, (5.6)
а також поздовжня сила за формулою (5.4).
Знаходиться критична сила при стиску трубопроводу за формулою Ейлера
, (5.7)
де - коефіцієнт зведення довжини стержня (прогону трубопроводу; рекомендації по вибору коефіцієнта [2,6]: при одному прогоні , а при двох і більше прогонах ).
Розраховується фактична стріла прогину
, (5.8)
(при , а це буде, коли , а при навпаки ).
5) Сумарний згинальний момент в опорних перерізах з врахуванням повздовжнього зусилля
(5.9)
(при від’ємних в (5.9) сумарний згинальний момент буде найбільший за модулем).
Сумарне поздовжнє напруження
. (5.10)
У формулі (5.10) другий доданок необхідно брати з таким же знаком, як і перший.
Перевіряється міцність надземного трубопроводу в поздовжньому напрямі, користуючись умовою [6]
, (5.11)
де - коефіцієнт, який враховує двоосьовий напружений стан трубопроводу. При , а при
, (5.12)
.
Якщо , то коефіцієнт замінюється на коефіцієнт , який визначається за формулою [6]
, (5.13)
де - кільцеві (тангенціальні) нормативні напруження в стінках труб від внутрішнього тиску ( ); - коефіцієнт умов роботи трубопроводу; - коефіцієнт надійності по призначенню трубопроводу.
Приклад. Виконати перевірний розрахунок напруженого стану однопрогінного переходу при перетині трубопроводом яру довжиною при таких вихідних даних: площа поперечного перерізу трубопроводу ; момент опору при згині і момент інерції поперечного перерізу труб відповідно ; матеріал труб – сталь 17ГС; розрахунковий опір матеріалу труб ; ; ; ; коефіцієнт надійності по навантаженню .
Визначаємо максимально допустиму довжину прогону балкового переходу (формула(5.5))
Стріла прогину від розподіленого навантаження .
Величина повздовжньої сили (розглядаються два випадки і )
а)
б)
Обчислюємо критичну силу при стиску трубопроводу
Обчислюємо фактичну стрілу прогину
а)
б)
5) Сумарний згинальний момент з врахуванням повздовжньої сили
а)
б)
6) Сумарне повздовжнє напруження
а)
б)
7) Перевіряємо міцність надземного трубопроводу у повздовжньому напрямі
а) ( )
, умова не виконується, оскільки ,
;
б) ( )
,умова виконується, оскільки .
У зв’язку з тим, що при умова міцності у повздовжньому напрямі не виконується, необхідно підібрати іншу марку сталі для труб, яка забезпечує кращі механічні характеристики або збільшити товщину стінки трубопроводу і повторити розрахунок.