- •Конструкции защитных покрытий
- •II. Требования к изоляционным покрытиям
- •Методы определения свойств материалов и
- •Лабораторная работа № 2 определение пенетрации битума
- •Лабораторная работа № 3 определение растяжимости (дуктильности) битума
- •Лабораторная работа №4 определение адгезии изоляционных материалов к стальной поверхности с помощью адгезиметра
- •1. Способ
- •2. Способ
- •1 2 3 4 5
- •1. Способ
- •2.Способ
- •Лабораторная работа №5 Определение истинной плотности битума
- •ЗадачА №1 расчет вертикального давления грунта на трубопровод
- •Задача №2 расчет напряжений сжатия в изоляционном покрытии опорной части трубопровода
- •Задача №3 расчет напряжений сдвига в изоляционном покрытии верхней половины трубопровода
- •Задача №4 расчет напряжений растяжения в изоляционном покрытии верхней половины трубопровода
- •Задача №5 кольцевые напряжения в изоляционных покрытиях
Задача №2 расчет напряжений сжатия в изоляционном покрытии опорной части трубопровода
Сжимающая нагрузка на покрытие нижней части трубопровода складывается из собственного веса трубопровода, силы вертикального давления грунта и веса транспортируемого продукта:
, (11)
где GT - вес трубопровода ();
GГ - сила вертикального давления грунта, рассчитанная по формуле (2) если производится рекультивация земель, или по формуле (10), если рекультивация земель не производится (см. табл. 1);
GПР - вес транспортируемого продукта ();
γПР - удельный вес транспортируемой нефти или нефтепродукта. Для приближенных расчетов принимаем γПР = 10000 Н/м3;
γСТ - удельный вес стали; γПР = 7,8ּ103 Н/м3;
δСТ - толщина стенки трубы.
При расчете сжимающей нагрузки на газопровод учитывают действие первых двух сил, а весом транспортируемого газа обычно пренебрегают. При строительстве трубопровода сжимающая сила, действующая на изоляционное покрытие опорной части, представлена только собственным весом трубопровода.
Под действием вертикальной сжимающей силы в изоляционном покрытии возникают нормальные напряжения сжатия и касательные напряжения сдвига.
При укладке трубопровода на жесткое основание в первом приближении можно считать вертикальную нагрузку равномерно распределенной по горизонтальной проекции дуги опирания (рис. 2,а). В этом случае распределение нормальных и касательных напряжений на поверхности опирания можно представить, считая поверхность трубопровода наклонной плоскостью с переменным углом наклона β (рис. 3), следующим образом.
(12)
Рис 2. Эпюры нормальных напряжений сжатия в изоляцион-ном покрытии опорной части трубопровода |
Рис. 3. Схема к расчету напряжений в изоляционном покрытии опорной части трубопровода |
, (13)
где G - суммарная вертикальная нагрузка на изоляционное покрытие трубопровода;
β - угол между вертикальным диаметром и радиусом, проведенным к точке, в которой определяется напряжение;
l - горизонтальная проекция дуги опирания
;
α - угол опирания трубопровода на грунт (α=300).
Сравним значение максимальных нормальных и максимальных касательных напряжений. Для этого приравняем к нулю первые производные
. (14)
(15)
Решая (14) и (15), находим, что имеет максимальное значение при β =0, а τ имеет максимум при β =45°. Так как cos2 0=1, a cos 45° sin 45°=0,5, то σNmax =2τmах.
Таким образом, нормальные напряжения сжатия в изоляционном покрытии опорной части трубопровода являются более опасными, чем касательные.
Рассчитать максимальные напряжения сжатия для условий, указанных выше (укладка трубопровода на недеформируемое основание), можно, подставляя в уравнение (12) значение β =0. Тогда
(16)
В реальных условиях основание под трубопроводом всегда деформируется в большей или меньшей степени вследствие способности грунта к осадке и консолидации (уплотнению). Давление на покрытие, а, следовательно, и напряжения в нем перераспределяются и возрастают по мере уплотнения грунта. Максимально грунт уплотняется в точке под нижним концом вертикального диаметра, поэтому положение точки приложения максимального нормального напряжения не изменяется, но значение максимального нормального напряжения возрастает, по сравнению с результатом, полученным по формуле (16).
Эпюра нормальных напряжений в изоляционном покрытии на опорной части реального трубопровода показана на рис. 2,б. Максимальное нормальное напряжение можно вычислить по формуле
, (17)
где Кк - коэффициент концентрации напряжений.
Коэффициент концентрации напряжений сжатия под трубопроводом определяется природой грунта, и установление его истинного значения в каждом конкретном случае представляет достаточно сложную экспериментальную задачу. Однако исходя из того, что значения коэффициента практически для всех грунтов лежат в пределах 1,5...2, рекомендуется для практических расчетов использовать значение Кк =2.
Задания для студентов №2
Таблица 2
№ варианта |
Тип грунта |
Диаметр трубопровода D, м |
Толщина стенки δСТ, мм |
Нормальные напряжения в изоляционных покрытиях σNmax (17), МПа | |||
При эксплуатации трубо-провода, уложенного с рекультивацией земли |
При эксплуатации трубо-провода, уложенного без рекультивации земли | ||||||
нефтепровод |
газопровод |
нефтепровод |
газопровод | ||||
1 |
песок |
1,42 |
20 |
|
|
|
|
2 |
1,22 |
15 |
|
|
|
| |
3 |
1,02 |
11 |
|
|
|
| |
4 |
0,82 |
10 |
|
|
|
| |
5 |
глина |
1,42 |
20 |
|
|
|
|
6 |
1,22 |
15 |
|
|
|
| |
7 |
1,02 |
11 |
|
|
|
| |
8 |
0,82 |
10 |
|
|
|
| |
9 |
сугли-нок |
1,42 |
20 |
|
|
|
|
10 |
1,22 |
15 |
|
|
|
| |
11 |
1,02 |
11 |
|
|
|
| |
12 |
0,82 |
10 |
|
|
|
|