авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Совершенствование методов проектирования подземных трубопроводов на участках действия наземной нагрузки

-- [ Страница 2 ] --

где – параметр начального упругого изгиба трубопровода по рельефу местности, определяемый по формуле

; (9)

– параметр, определяемый в зависимости от закономерности изменения начальной кривизны трубопровода на расчетном участке по расчетной формуле, представленной в работе;

– минимальный радиус начального упругого изгиба трубопровода.

В работе зависимости параметров и от представлены в виде графиков. Один из графиков приведен на рисунке 2, где и
N > .

Анализ показал, что наличие начальной кривизны приводит к увеличению параметров , , напряжений и прогиба трубопровода по сравнению с прямолинейными участками. Напряжения изгиба от действия наземной нагрузки на криволинейных участках при нормативных значениях в ряде случаев достигают 50 МПа и более.

При этом влияние начальной кривизны на уровень напряженно-деформированного состояния трубопровода зависит от значений продольного усилия N и сопротивления грунтового основания прогибу трубопровода, равного .

 – k = 0,001 – k = 0,01  Зависимости параметра  от при различных , k и действии-49

– k = 0,001 – k = 0,01

Рисунок 2 – Зависимости параметра от при различных , k

и действии продольных растягивающих усилий

В случае больших значений сопротивления грунтового основания прогибу трубопровода наличие начальной кривизны повышает напряжения и прогиб в меньшей степени, чем в слабонесущих грунтах, а наличие продольных растягивающих усилий уменьшает влияние начальной кривизны на напряжения и прогиб. Наличие же продольных сжимающих усилий на изогнутом участке приводит к росту влияния начальной кривизны на напряжения и прогиб трубопровода.

Представляет интерес рассмотрение напряженно-деформированного состояния подземного трубопровода при малой глубине его заложения. При малой глубине заложения трубопровода можно считать, что наземная нагрузка непосредственно передается трубопроводу. Такое предположение относится также к свежезасыпанным участкам трубопроводов и к трубопроводам, проложенным в слабых грунтах, когда грунтовая засыпка не снижает усилие на трубопровод от наземной нагрузки. По результатам анализа характера распределения напряжения в грунте можно заключить, что при глубинах заложения трубопровода до его верхней образующей Нв 0,1в (в – половина ширины полосовой нагрузки по продольной оси трубопровода) в случаях полосовой наземной нагрузки для практических расчетов можно принять распределенное усилие на трубопровод постоянным, равным q0 и действующим на участке шириной 2в. При этом значение q0 = рD, где р – интенсивность наземной полосовой нагрузки.

Анализ напряженно-деформированного состояния трубопровода при малой глубине заложения позволяет найти максимально возможные прогиб и напряжения изгиба в трубопроводе, воспринимающем наземную нагрузку полностью без ее снижения грунтовой засыпкой над трубопроводом. В работе рассмотрены действия наземных сосредоточенной и полосовой нагрузок при возможных вариантах по продольным усилиям. В результате получены аналитические зависимости напряжений изгиба и прогиба трубопровода от наземных нагрузок для прямолинейных участков и участков с начальным упругим изгибом трубопровода.

Наибольшие напряжения и прогиб трубопровода при малой глубине его заложения и действии сосредоточенной наземной нагрузки возникают в сечении приложения наземной нагрузки. При действии наземной полосовой нагрузки в зависимости от силы сопротивления грунтового основания перемещениям трубопровода, ширины полосовой наземной нагрузки по продольной оси трубопровода и геометрических характеристик трубопровода наибольшие напряжения и прогиб трубопровода могут быть в любом сечении, в том числе в середине загруженного участка трубопровода. Нами определены координаты сечения трубопровода, в котором возникают наибольшие напряжения и прогиб. Так, например, при , наибольший изгибающий момент возникает в середине загруженного участка. Исходя из этого, для трубопровода 325х9 мм и при кгс/см3, в 200 см наибольший изгибающий момент будет в середине загруженного участка. При значениях наибольший изгибающий момент для рассматриваемого варианта возникает в сечениях, удаленных от середины изогнутого участка на расстояние

. (10)

Наибольший прогиб имеет место в середине изогнутого участка при . Аналогичные соотношения для определения координат сечений, в которых имеют место наибольшие изгибающий момент и прогиб получены для всех возможных значений усилия N по знаку и величине.

Проведена оценка напряженно-деформированного состояния трубопроводов больших диаметров с отношением толщины стенки к радиусу менее 1/30 под действием равномерно распределенного на определенном участке внешнего давления, возникающего от действия наземной нагрузки. Данная схема нагружения трубопровода соответствует глубине его заложения
Нв 0,1в, действию равномерно распределенной наземной нагрузки и наличию большого упругого отпора грунта. Учтено известное положение, что в случае большого упругого отпора грунта влияние внешней нагрузки на трубопровод близко к равномерному давлению. Получены аналитические зависимости наибольшего прогиба стенки трубы, продольных напряжений и эквивалентных напряжений, учитывающих продольные и кольцевые напряжения, от параметров наземной нагрузки и геометрических характеристик труб.

Эти зависимости позволяют обоснованно разрабатывать практические мероприятия по защите подземных трубопроводов на участках действия наземной нагрузки.

В третьей главе исследованы зависимости перемещений трубопровода на участках действия наземной нагрузки от продольных усилий.

На основе закономерностей изменения продольных усилий в трубопроводе при его перемещении получены аналитические зависимости параметров изгиба от начального продольного усилия N0. Проанализированы все схемы нагружения, рассмотренные во второй главе. Вид зависимостей между начальным продольным усилием N0, параметрами и определяется характером изменения продольных усилий при изгибе трубопровода.

В работе в зависимости от начальных продольных усилий и прогиба трубопровода определены условия возникновения растягивающих и сжимающих усилий на изогнутом участке трубопровода. При действии продольных растягивающих усилий в трубопроводе до и после его изгиба (N0 и N – растягивающие усилия) зависимость между начальным продольным усилием и параметрами изгиба имеет вид

, (11)

где – параметр начального продольного усилия, определяемого в зависимости от N0, геометрических характеристик трубопровода и параметров его укладки. Так, например, при укладке трубопровода в грунтах с достаточной несущей способностью и глубине заложения формула для определения имеет вид ; (12)

z – параметр, определяемый в зависимости от исходных параметров наземной нагрузки, геометрических характеристик труб и физико-механических характеристик грунта.

Для варианта с начальным сжимающим усилием N0 и растягивающим усилием N на изогнутом участке

. (13)

В случае равенства нулю начального продольного усилия N0 получена зависимость

. (14)

Если начальное продольное усилие N0 и продольное усилие на изогнутом участке N сжимающие, то зависимость между начальным продольным усилием и параметрами изгиба имеет вид

. (15)

При начальном сжимающем усилии N0 и равенстве нулю N имеем

. (16)

Полученные зависимости (11) – (16) позволяют, используя исходные данные о подземном трубопроводе, наземной нагрузке, начальном продольном усилии найти параметры и , а по вычисленному значению найти . Установленные параметры , и , в свою очередь, позволяют найти продольное усилие на изогнутом участке трубопровода, изгибающий момент и прогиб в зависимости от параметров прокладки, начального продольного усилия и наземной нагрузки.

Четвертая глава посвящена разработке методов проектирования трубопроводов, находящихся под действием наземной нагрузки.

Исследования и анализ напряженно-деформированного состояния подземных трубопроводов на участках действия наземной нагрузки позволили получить аналитические зависимости напряжений в трубопроводе и его перемещений от параметров наземной нагрузки, геометрических характеристик трубопровода, внутреннего давления и температурного перепада, параметров укладки трубопровода, физико-механических характеристик грунта. На основе полученных аналитических зависимостей разработаны методы расчета и проектирования трубопроводов на участках действия наземных нагрузок, учитывающие все воздействия и нагрузки на подземные трубопроводы, включая эксплуатационные (внутреннее давление, температурный перепад) и наземные (вес и вид наземной нагрузки), и обеспечивающие обоснованный выбор конструкций переходов подземных трубопроводов через автомобильные дороги, проезды и т.д. Порядок расчета на прочность и проектирования трубопровода следующий:

– устанавливаются исходные значения нагрузок и воздействий, геометрических характеристик трубопровода и параметров его укладки, характеристик грунта;

– вычисляются параметры, не зависящие от перемещений трубопровода;

– вычисляются изгибающий момент М, продольное усилие на изогнутом участке N, суммарные продольные напряжения и прогиб ;

– производится проверка прочности трубопровода в продольном направлении согласно строительным нормам и правилам. В случае невыполнения условий прочности принимаются конструктивные решения по снижению напряжений до нормативного уровня.

По разработанной методике проведен анализ уровня напряжений в трубопроводах различных диаметров и при действии на них усилий разного уровня от наземных нагрузок. На рисунке 3 в качестве примера представлен характер изменений напряжений изгиба в трубопроводах 325х9 мм и
529х9 мм при изменении коэффициента пропорциональности k0, глубине заложения Нв = 80 см и действии сосредоточенной наземной нагрузки различной величины (до 5,0 т).

Расчеты показали, что с увеличением значений наземной нагрузки напряжения растут. Фактически увеличение значений наземной нагрузки приводит к прямо пропорциональному росту напряжений изгиба и значительному росту суммарных продольных напряжений. Увеличение значений начального продольного растягивающего усилия (отрицательного температурного перепада) приводит к снижению напряжений изгиба, что следует объяснить сдерживающим действием растягивающих продольных усилий прогибу трубопровода. Увеличение значений начального продольного сжимающего усилия приводит к росту напряжений изгиба. К росту напряжений изгиба и прогиба трубопровода под действием наземной нагрузки приводит также уменьшение радиуса упругого изгиба трубопровода по рельефу местности при его сооружении.

На основе расчетов по полученным нами формулам и анализа их результатов установлено количественное влияние исходных данных и принимаемых мер на уровень напряжений в трубопроводе. Так, например, в среднем увеличение глубины заложения от 60 до 80 см снижает напряжение в
1,2 раза, а увеличение глубины заложения от 100 до 120 см приводит к уменьшению напряжений в 1,1 раза.

 –  3259 мм; –  5299 мм 1 – q0 = 15 ; 2 – q0 = 10 ; 3 – q0 = 7,5 ; 4 – q0 = 5  Зависимость-78

– 3259 мм; – 5299 мм

1 – q0 = 15 ; 2 – q0 = 10 ; 3 – q0 = 7,5 ; 4 – q0 = 5

Рисунок 3 – Зависимость напряжений изгиба и от коэффициента

пропорциональности k0

Эффективным мероприятием для снижения напряжений изгиба является размещение наземных нагрузок на несущих плитах с получением при этом полосовой наземной нагрузки взамен сосредоточенной. Так, например, размещение тяжелого оборудования или механизма на несущих плитах размерами 3х3 м позволяет снизить напряжения изгиба в трубопроводе в 1,4 раза и более. Можно также отметить, что трубопроводы малых диаметров более чувствительны к действию наземных нагрузок в части их изгиба.

Разработанная методика расчета на прочность и проектирования подземных трубопроводов на участках влияния наземных нагрузок позволила оценить их прочность и исследовать влияние параметров прокладки, наземных нагрузок и условий эксплуатации на прочность трубопровода. Установление влияния указанных параметров на прочность подземного трубопровода позволяет принимать такие конструктивные решения на участках действия наземных нагрузок, при которых напряжения не превысят нормативные значения.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. На основании результатов анализа условий сооружения и эксплуатации подземных трубопроводов на участках действия наземной нагрузки показана необходимость усовершенствования методов их проектирования. Выявлено, что в результате антропогенной деятельности и изменения ситуации в местах прокладки подземных трубопроводов возникают значительные дополнительные нагрузки на них от транспортной техники и тяжелого наземного оборудования. В связи с этим определена необходимость исследования напряженно-деформированного состояния подземных трубопроводов, проложенных на участках действия наземных нагрузок, и разработки мероприятий по снижению напряжений.

2. На основании исследования напряженно-деформированного состояния подземных трубопроводов на участках действия наземных нагрузок установлены условия деформирования в грунте трубопроводов под действием наземных нагрузок. Получены основные критериальные соотношения для оценки напряжений и деформаций трубопровода.

3. Получены аналитические зависимости напряжений в трубопроводе от конструктивных параметров его прокладки, характеристик грунта, нагрузок и воздействий. Установлено, что параметры прокладки трубопроводов на участках действия наземных нагрузок в ряде случаев не обеспечивают нормативных требований по уровню напряжений.

4. На основе проведенных исследований зависимостей продольных напряжений и прогиба трубопровода от нагрузок и конструктивных решений разработаны усовершенствованные методы расчета на прочность и проектирования подземных трубопроводов на участках действия наземных нагрузок, обеспечивающие снижение напряжений в трубопроводе до нормативного уровня.

Основные результаты работы опубликованы в следующих научных трудах:

  1. Дудников Ю.В. Влияние наземных нагрузок на напряженно-деформированное состояние подземного трубопровода // Межотраслевой журнал для главных специалистов предприятий «Химическая техника». – М.: Информ.-изд. центр «КЖТ», 2006. – № 9. – С. 42-43.
  2. Дудников Ю.В., Азметов Х.А. К расчету на прочность подземного трубопровода, находящегося под действием наземной нагрузки // Энергоэффективность. Проблемы и решения. Тез. докл. научн.-практ. конф. 24 октября 2006 г. в рамках VI Российского энергетического форума. – Уфа, 2006.
    С. 127-129.
  3. Азметов Х.А., Дудников Ю.В. Расчет на прочность подземного трубопровода, находящегося под действием наземной нагрузки // Проблемы качества и безопасности в нефтегазохимическом комплексе: Сб. научн.-техн. статей Салават: Салаватнефтемаш, 2006. С. 57-61.

4. Дудников Ю.В., Азметов Х.А. Анализ напряженного состояния подземного трубопровода под действием наземной нагрузки // НТЖ «Нефтегазовое дело». – Уфа: УГНТУ, 2006. – Т. 4. № 1. – С. 149-151.

5. Гумеров А.Г., Гумеров Р.С., Дудников Ю.В., Павлова З.Х.,
Азметов Х.А. Методика расчета на прочность подземного трубопровода при действии наземной нагрузки // НТЖ «Горные ведомости». – Тюмень: Изд-во ОАО «СибНАЦ», 2007. – С. 28-32.

6. Гумеров А.Г., Азметов Х.А., Дудников Ю.В. Анализ действия наземных нагрузок на подземный трубопровод // НТЖ «Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов» / ИПТЭР. – Уфа, 2007.
№ 1(67). С. 44-48.

7. Гумеров А.Г., Азметов Х.А., Дудников Ю.В. Напряженно-деформированное состояние подземного трубопровода под действием наземной нагрузки // Научн. и общ.-полит. журнал «Вестник» Академии наук РБ. – Уфа: Изд-во «Гилем», 2007. – Т. 12. № 1. – С. 5-10.

8. Гумеров А.Г., Дудников Ю.В., Азметов Х.А. Надежность и безопасность подземных трубопроводов на участках действия наземных нагрузок // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа. Матер. научн.-практ. конф. 22 мая
2007 г. в рамках VII Конгресса нефтегазопромышленников России. – Уфа, 2007. – С. 9-10.



Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.