8.2.2. Выбор толщины стенки магистрального трубопровода.
Как было сказано выше, для подземного магистрального трубопровода в качестве предельного состояния принято условие разрушения материала трубы, характеризуемое расчетным сопротивлением .
Поскольку в стенке
трубы возникает двухосное напряженное
состояние, характеризуемое кольцевым
и продольным
напряжениями, максимальные напряжения
в условие прочности (8.30) должны определяться
по эквивалентным напряжениям.
Согласно СНиП 2.05.06-85 эквивалентные напряжения определяются по IV теории прочности (критерий удельной потенциальной энергии формоизменения – энергетическая теория прочности)
(8.46)
При отсутствии продольных напряжений или в случае, когда знак кольцевых и продольных напряжений совпадает, толщину стенки трубопровода определяют из условия
(8.47)
Подставляя в
формулу (8.35) вместо внутреннего диаметра
его выражение через наружный диаметр
стенки
получаем
выражение для условия прочности
(8.48)
и формулу для определения толщины стенки трубопровода из расчета по кольцевым напряжениям
.
(8.49)
При наличии сжимающих продольных напряжений предельное состояние принимает следующий вид
.
(8.50)
Если учесть тот факт, что данное условие выполняется только при отрицательных продольных напряжениях, тогда можно подставить знак минус перед продольными напряжениями и в дальнейшем знак не учитывать.
После этого выполняем ряд алгебраических действий
или
Выражения в скобках есть коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние труб магистрального трубопровода
.
(8.51)
Тогда предельное состояние с учетом двухосности напряженного состояния примет следующий вид
,
(8.52)
а толщина стенки трубы будет определяться по формуле
.
(8.53)
Если необходимо
учитывать продольные осевые напряжения
,
то расчет толщины стенки трубы
проводят методом последовательных
приближений. Вначале задаются
ориентировочным значением толщины
стенки
,
вычисленным только по кольцевым
напряжениям, затем с учетом этой величины
определяют продольные напряжения
,
далее коэффициент
и толщину стенки
.
После этого проверяют условие
,
(8.54)
где - наперед заданная малая величина, удовлетворяющая точности расчета.
Если условие не
выполняется, то расчет повторяют с
и т.д., пока не выполнится условие (8.54).
8.2.3. Проверка прочности трубопровода.
После определения толщины стенки и продольных напряжений по формуле (8.41), осуществляют проверку прочности трубопровода по формуле
,
где
- коэффициент, учитывающий двухосное
напряженное состояние металла труб,
при растягивающих осевых продольных
напряжениях
принимаемый
равным единице, при сжимающих
определяемый
по формуле
(8.55)
.
Если необходимо
ограничить (предотвратить) недопустимые
пластические деформации подземного и
наземного в насыпи трубопровода проверку
проводят по второму предельному
состоянию, по которому деформации трубы
ограничены нормативным пределом
текучести
.
В этом случае проверку проводят по
условиям
(8.56)
(8.57)
где – коэффициент условий работы трубопровода;
– коэффициент надежности по назначению;
– нормативное
расчетное сопротивление, значение
которого равно пределу текучести стали
для труб по ГОСТ и ТУ;
=0,9
– коэффициент надежности по материалу
(СНиП 2.05.06-85);
- коэффициент,
учитывающий двухосное напряженное
состояние металла труб; при растягивающих
продольных напряжениях
принимаемый
равным единице, при сжимающих
- определяемый
по формуле
(8.58)
где
;
– максимальное
суммарное продольное напряжение от
нормативных нагрузок и воздействий.
Выполнение этих условий обеспечивает местную устойчивость стенок трубы и не допускает накопление пластических деформаций (обеспечивается долговечность).
Необходимо отметить, что по второму предельному состоянию продольные напряжения определяются с учетом изгиба трубопровода для крайних волокон сечений трубы, исходя из упругой работы металла.
В СНиП 2.05.06-85 приведена формула для определения максимальных продольных напряжений для частного случая упругого изгиба трубы, при воздействии внутреннего давления p и температурного перепада
(8.59)
где – минимальный радиус изгиба оси трубы.
В формуле (8.59) третье слагаемое соответствует выражению для напряжений в поперечном сечении трубы при упругом изгибе (8.10).
9. Продольные перемещения подземного трубопровода.
Подземные магистральные трубопроводы рассчитывают в зависимости от характеристик среды, в которой они находятся при эксплуатации. Эти характеристики определяются на основе инженерных изысканий трассы.