Задача № 9 Устойчивость речных трубопроводов

Под устойчивостью подводного трубопровода понимается способность оставаться в покое при самом неблагоприятном сочетании основных силовых воздействий – выталкивающее Архимедово усилие, горизонтальная и вертикальная составляющие гидродинамического воздействия потока, силы упругости трубопровода и т.д. Расчет устойчивости подводных переходов, прокладываемых на переходах через водные преграды, можно выполнить по формуле:

, (9.1)

где - необходимая пригрузка;

- коэффициент запаса устойчивости, принимается равным 1,1;

- коэффициент надежности при расчете устойчивости положения трубопровода против всплытия, принимается равным для водных преград с шириной зеркала воды в межень до 200 м, условным диаметром менее 1000 мм –1,1; для остальных водных преград (реки) – 1,15;

- расчетная выталкивающая сила воды, действующая на трубопровод (с учетом изоляции и футеровки):

, (9.2)

в этой формуле: + 2 +2 , (9.3)

- наружный диаметр трубопровода;

- толщина изоляции и футеровки;

- удельный вес воды;

- дополнительная пригрузка, необходимая для компенсации горизонтальной составляющей гидродинамического воздействия потока :

, (9.4)

- коэффициент трения трубопровода о грунт; для трубопровода, покрытого сплошной футеровкой, принимается в зависимости от характеристики грунта в следующих пределах: 1) разрушенная скала, скальные грунты - 0,65; 2) пески крупные и гравелистые - 0,55; 3) пески мелкие и супеси - 0,45; 4) илистые и суглинистые грунты - 0,4;

- коэффициент лобового сопротивления, зависящий от числа Рейнольдса:

, (9.5)

где - средняя скорость потока, набегающего на трубу;

- кинематический коэффициент вязкости, при +20⁰С для воды сСт.

При Re<10⁵ C_X=1,2, при Re=10⁵-10⁷ C_X=1.

- дополнительная пригрузка, необходимая для компенсации вертикальной составляющей гидродинамического воздействия потока:

, (9.6)

где - коэффициент подъемной силы при несимметричном обтекании трубы ;

- дополнительная пригрузка, необходимая для предотвращения подъема трубопровода по заданной кривой дна траншеи;

- дополнительная пригрузка, необходимая для предотвращения подъема трубопровода на криволинейных участках в вертикальной плоскости под действием продольных усилий.

Суммарную величину найдем по следующей зависимости:

, (9.7)

где - расчетное тяговое усилие при протаскивании трубопровода;

- жесткость трубы при изгибе;

- соответственно протяженность и стрела прогиба криволинейного участка, берутся на основании данных фактического профиля перехода.

Q_тр – расчетная нагрузка от веса оснащенного трубопровода:

(9.8)

Расстояние между отдельными балластирующими грузами определяется по формуле:

(9.9)

где - вес одного груза в воздухе;

- объем груза.

Средний вес и объем чугунных кольцевых грузов принимается по табл.9.1.

Таблица 9.1

Наружный диаметр трубопровода, ,мм	Вес груза, , кН	Объем груза,	Наружный диаметр груза	Ширина груза, мм	Толщина кольца, , мм
325	2,45	39,61	550	400	125
377	2,94	46,65	610	450	130
426	3,43	61,58	630	500	130
529	4,41	71,98	770	500	130
720	10,79	175,45	960	960	170
1020	10,79	178,39	1270	725	230
1220	11,94	1850,00	1520	725	250

Количество грузов для балластировки трубопровода длиной :

. (9.10)

При балластировке трубопровода сплошным обетонированием толщина бетонного покрытия (без учета изгиба и гидродинамического воздействия потока):

(9.11)

где -наружный диаметр трубопровода с изоляцией ;

- объемный вес бетона.

Наружный диаметр обетонированного трубопровода:

, (9.12)

и вес 1 м трубы в воздухе:

. (9.13)

Вес единицы длины трубопровода в воздухе с кольцевыми чугунными грузами:

(9.14)

Постановка задачи: рассчитать параметры пригрузки подводного участка трубопровода кольцевыми чугунными грузами и сплошным обетонированием по исходным данным конкретного варианта задачи. Варианты задачи приведены в табл. 9.2. Для всех вариантов принять:

удельный вес стали вес изоляционного покрытия на 1 м² поверхности трубы

Таблица 9.2

Параметр	Ед. изм.	Номер варианта
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	мм	1220	1020	720	529	426	377	1420	720	529	1220
	мм	14	16	12	12	10	9	19	11	11	16
	м	405	797	215	606	342	876	925	785	810	670
	м/с	0,5	0,75	0,65	0,55	0,6	0,7	0,45	0,5	0,7	0,65
труб-д	*	Г	Н	Г	Н	Г	Н	Г	Н	Г	Н
	МПа	7,5	6,1	6,4	6,0	5,5	4,2	7,0	6,0	5,5	7,2
Вид грунта в русле	№ по табл. 9.1	2	4	3	1	3	2	1	4	2	3

* - Г - газопровод, Н – нефтепровод.