МК_Справочник_том_2

Таблица 17.5. Классификация нагрузок

П р и м е ч а н и я . 1. При проверке конструкций на устойчивость положения против опрокидывания, а также в других случаях, когда уменьшение веса конструкций и грунтов может ухудшать условия работы конструкции или ее части, коэффициент надежности по нагрузке

γf = 0,9. 2. Нагрузки от температурных технологических воздействий следует определять по разд.8 СНиП 2.01.07-85, принимая для tw значения температуры стенки трубопровода по технологическим данным.

Таблица 17.6. Нормативная нагрузка на 1 м длины от веса отложения внутри трубопровода на стадии эксплуатации

471

Продолжение табл.17.6

П р и м е ч а н и я . 1. Для газопроводов влажного и сухого очищенного газа, наклоненных под углом более 10°, нагрузки принимаются в размере 50% соответствующих величин для горизонтальных газопроводов. При углах наклона 0–10° нагрузки принимают по линейной интерполяции. 2. Для газопроводов грязного газа при углах наклона 30–40° нагрузку принимают по линейной интерполяции. Для газопроводов получистого доменного газа нагрузки принимают в размере 50% соответствующих величин для грязного доменного газа. 3. Нормативная нагрузка от отложений внутри трубопроводов при резком нарушении режима эксплуатации принимается в 2,5 раза больше соответствующей нагрузки на стадии эксплуатации, но не более отложений, занимающих 70% внутреннего объема трубопроводов.

Нагрузки от пыли на площадках и наружных поверхностях газовоздухопроводов принимаются только для конструкций, расположенных в радиусе 100 м от источ- ника выделения пыли. Для обслуживающих площадок с решетчатым настилом нагрузка от пыли не учитывается.

Ветровую нагрузку учитывают только в направлении поперек трубопроводной системы. Коэффициенты лобового сопротивления, зависящие от взаимного расположения труб и компоновки трубопроводов, приведенной на рис.17.5, следующие:

Значения коэффициента Ñõ усреднены и практически охватывают все возможные случаи взаимного расположения труб в пакете.

Снеговую нагрузку учитывают только для газопроводов охлажденного газа, температура стенки которых ниже 0°С. Если непосредственно над газопроводом расположен другой газопровод или обслуживающая площадка со сплошным настилом, предотвращающая попадание снегового покрова, то снеговую нагрузку также не учитывают.

Нормативное значение снеговой нагрузки на 1 м2 площади горизонтальной проекции газовоздухопроводов определяется по формуле:

S = S0μ ,

ãäå S0 – вес снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли, принимаемый по табл.4 СНиП 2.01.07-85; μ – коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к нагрузке на газовоздухопроводы и площадки обслуживания; μ = 0,3 – для газовоздухопроводов; μ = 1 – для площадок.

Трубопроводные системы должны быть рассчитаны на температурные климати- ческие воздействия, определяемые в соответствии с разд.8 СНиП 2.01.07-85. В тех

472

случаях, когда температура стенки газовоздухопровода по технологическому заданию выше (ниже) нормативного значения температуры наружного воздуха в теплое (холодное) время года tew (tec) изменения средних температур tw ( tc) находятся по табл.15 СНиП 2.01.07-85 c подстановкой в формулы значений температуры

мативная температура стенки газовоздухопровода.

Температура замыкания tow (toc) принимается по фактической температуре окончания монтажа. Если фактическая температуpa замыкания неизвестна, ее принимают по п.8.6 СНиП 2.01.07-85.

17.3.2. Рекомендации по расчету. Трубопроводы рассчитывают по предельным состояниям: по первой группе предельных состояний (по прочности и устойчивости); по второй группе предельных состояний – для трубопроводов, величина деформации которых может затруднить нормальную эксплуатацию и ограничить возможность их применения. Расчет трубопроводов на вертикальные нагрузки выполняют, как правило, по схеме однопролетной балки с пролетом, равным расстоянию между опорами.

Нагрузки, приложенные на трубопровод, по характеру воздействия можно разделить на два типа: вызывающие деформирование контура поперечного сечения трубопровода и не вызывающие деформирования контура поперечного сечения трубопровода. Деформация контура поперечного сечения возникает в трубопроводах там, где нагрузка несимметрична. К симметричной относительно продольной оси можно отнести только нагрузку типа внутреннее давление или собственный вес.

Расчет трубопровода как балки кольцевого сечения на неосесимметричные нагрузки не отвечает действительному напряженному состоянию трубопровода, так как при действии на него неосесимметричной нагрузки закон плоских сечений теряет силу. При действии неосесимметричных нагрузок (внутренние отложения пыли, конденсат, ветровая нагрузка, обледенение и т.п.) трубопроводы, имеющие обычно вид тонких оболочек, работают не как плоские конструкции, а как пространственные системы (оболочка с жесткими опорными кольцами), находящиеся в условиях двухосного напряженного состояния. На действие этих нагрузок трубопроводы рассчитывают как оболочки на основе гипотез технической (полубезмоментной) теории оболочек.

Необходимость выполнения упомянутых расчетов определяется конструктивной характеристикой трубопровода. Так, установлено, что при λ = 2,38 rt работа обо-

лочки описывается работой пустотелой балки кольцевого сечения, а при λ = 0,82 rt

возникают наибольшие нормальные напряжения, связанные с изменением формы поперечного сечения оболочки (здесь r – радиус срединной поверхности, t – толщина стенки оболочки). Кроме того, в большинстве случаев сохранение формы поперечного сечения легко обеспечивается кольцевыми ребрами.

Контур поперечного сечения трубопроводов диаметром более 2 м можно счи- тать неизменяемым при установке ребер через 5r, но не более, чем через 6 м. В гладких неподкрепленных оболочках диаметром до 2 м контур поперечного сече- ния можно считать практически неизменяемым. В связи с этим в большинстве случаев расчет трубопроводов ведется как для пустотелой балки кольцевого сече- ния, что должно быть обеспечено конструктивными мероприятиями.

Напряжения в любом сечении трубы и в любой точке поперечного сечения определяют как в пустотелой балке по схеме, приведенной на рис.17.27.

473

При проверке на местную устойчивость стенки трубопроводов следует руководствоваться СНиП. На рис.17.28 показаны области геометрических параметров трубопроводов, несущая способность которых определяется прочностью или устойчивостью.

Максимальные пролеты прямолинейных участков трубопроводов вычисляются по наименьшему значению одной из следующих величин:

по первой группе предельных состояний

lm = 2,5D tq (γ c Ry − σN ) ; lm = 2,5D tq (σcr1 − σN ) . по второй группе предельных состояний

lm = 610D3 itq ,

ãäå l – пролет, м; q – нагрузка по длине, H/см; D – диаметр трубопровода, м; t – толщина трубопровода, см; σcr1 – критическое напряжение, определяемое по п.8.5 СНиП II-23-81*; Ry – расчетное сопротивление, H/cм2; σN – напряжение в трубопроводе от нормальной силы, H/cм2; γñ – коэффициент условий работы; i – уклон трубопровода в тысячных долях.

На. рис.17.29, 17.30 даны номограммы для практического определения максимальных пролетов.

Значения вспомогательной величины l ′ приведены в табл.17.7

Таблица 17.7. Значения вспомогательной величины l ′

474

l, m

17.3.3. Расчет опорных ребер. Опорные ребра передающие на колонны опорные реакции трубопроводов, рассчитывают как статически неопределимые кольца, нагруженные касательными усилиями, приложенными по контуру их сопряжения с оболочкой. Опорное ребро находится в равновесии под действием касательных усилий (со стороны трубы) и двух опорных реакций Ð. Точки приложения реакции

475

Ð определяются углом α, зависящим от конструкции опоры. Наиболее экономич- ное сечение ребра можно получить при расположении опорных элементов по ширине на расстоянии, равном диаметру нейтральной оси ребра, т.е. с опорным углом 2α = 180°.

В кольцевом ребре под действием нагрузки возникают усилия: изгибающий момент Ì, нормальная сила N и поперечная сила Q. Расчетные усилия Ì, N, Q определяются так называемым методом наложения простейших схем, при котором заданная общая схема нагружения разделяется на ряд простейших, имеющих готовое решение. В соответствии с расчетной схемой ребер, принятой выше, такими простейшими схемами являются:

1)замкнутое кольцо, нагруженное равнодействующей À, равной сумме опорных реакций, уравновешенное потоком касательных усилий;

2)замкнутое кольцо, нагруженное внешними силами. Усилия, соответствующие работе кольца по первой схеме, приведены, например, в [1] табл.VIII.1, а усилия, соответствующие работе кольца по второй схеме – там же, в табл.VIII.2. Расчетные усилия Ì, N è Q в ребре определяются в следующем порядке:

∙в зависимости от характера действующих внешних нагрузок вычисляют усилия Ì0, N0 è Q0 по формулам табл.VIII.1;

∙в зависимости от характера и схемы приложения нагрузок определяют усилия Ìð, Nð è Qð по формулам табл.VIII.2;

∙окончательные усилия находят как суммы M =M 0 +M p ; N =N0 +N p ; Q =Q0 +Q p .

При суммировании знак усилий от сдвигающих сил следует принимать так, чтобы сумма равнодействующих опорных реакций превратилась в нуль.

На рис.17.31 приведены графики несущей способности опорных ребер некоторых диаметров труб и нагрузок до 2500 кН. В табл.17.8 приведен разработанный сортамент поперечных сечений ребер. Для расчетов принят материал ребер ВСт3 с расчетным сопротивлением Ry = 225 МПа. Коэффициент условий работы принят γñ = 1. При исходных данных, отличных от принятых, следует линейно корректировать определяемое по графикам значение несущей способности опорного ребра

A = A γ225c Ry ,

ãäå A – несущая способность ребра по графику, Í.

На пересечении линий, соответствующих диаметру трубопровода (ось ординат) и значению требуемой несущей способности (ось абсцисс), находится кривая, принадлежащая номеру определенного ребра, сечение которого приведено в табл.17.8.

Опорные ребра приваривают к трубе двумя сплошными угловыми швами высотой, равной толщине стенки трубы. Поясные швы тавровых ребер необходимо принимать в зависимости от толщины вертикального элемента ребра:

17.3.4. Расчет дисковых компенсаторов. Основные параметры, характеризующие дисковые компенсаторы, следующие: значение компенсирующей способности; усилие распора от температурных деформаций; усилие распора от внутреннего давления газовой среды. Расчетное значение суммарного отпора компенсатора складывается из температурного отпора Pt и распора от внутреннего давления газовой среды Pp.

476

1При определении геометрических характеристик в сечение включалась часть стенки трубы площадью 10,8 см2

477