Для обеспечения статической прочности элементов трубопроводов требование
(10)
должно быть удовлетворено, где коэффициент К1* задается в табл. 1, коэффициент КН - в табл. 11 СНиП 2.05.06-85.
Статическая прочность тройниковых соединений проверяется по соотношениям (43) приложения 4.
Эквивалентное напряжение (j = 1, 2) находится по зависимостям:
при оценке работоспособности основного металла, и сварных стыковых соединений
;(11)
при оценке работоспособности отводов (коленьев) и тройниковых соединений
(j = 1, 2).(12)
Компоненты напряженного состояния σgk(1) (g, k = 1, 2, 3) определяются следующими зависимостями:
для основного металла труб
; или ;
или (i = 1, 2);(13)
для поперечного сварного стыкового соединения
; ; ; (i = 1, 2);(14)
для продольного сварного стыкового соединения
; ; (i = 1, 2),(15)
где коэффициент Кt определяется по (54) приложения 5;
для отводов
; ; (i = 1, 2),(16)
где
λ = δρk / rc2, Kt,1 = 1,9λ-2/3, Kt,2 = 0,9λ-2/3.
Допускается определение значений Kt,1 и Kt,2 по методике [9] приложения 2:
для тройниковых соединений
(17)
(18)
(19)
при ДM / Д0 < 1,3 дополнительно
(20)
(i = 1, 2).(21)
Таблица 1
|
Характеристика труб и соединительных деталей |
Значение коэффициента К1* |
|
Прямошовные трубы Из листовой стали контролируемой прокатки 09Г2ФБ, Г70, 10Г%, - 10Г2ФБ, ЮГ2ФБ-У, Экспандированные трубы из нормализованной стали 1171С-У Электросварные горячеправленные трубы из стали 09Г2С, 10Г2С1 Из горячекатаных рулонных сталей по ГОСТ 19282-73 Трубы при 100 %-ном ультразвуковом (УЗ) контроле и контролируемой прокатке по ТУ 100-80, ТУ 100-80 (Нс), ТУ 100-80 (нкк), ТУ 100-80 (с), ТУ 100-80 (кс), ТУ 40/48/56-79, ТУ 20/28/40/48-79, ТУ 40/48/56-80, ТУ 20/28/40/48/56-79, ТУ 28/40/48-78, ТУ 20/28/40/48-79, Т 40/48/56-79 |
1,25 |
|
Прямошовные трубы Из стали 17Г1С-У по ТУ 14-3-1138-82 Из стали 13Г2АФ по ТУ 14-3-1138-82 Соединительные детали магистральных трубопроводов, изготовленные по ОСТ 102-54-81, ОСТ 102-62-81 |
1,35 |
Компоненты напряженного состояния σgk(2) (g, k = 1, 2, 3) находятся по следующим соотношениям:
(22)
(23)
(24)
где ;
при ДM / Д0 < 1,3 дополнительно
(25)
|
t01х |
-9 |
-9 |
-8 |
-9 |
-5 |
-4 |
-8 |
-5 |
-5 |
-4 |
-4 |
-1 |
0 |
0 |
0 |
-4 |
-12 |
|
t0х |
-9 |
-9 |
-8 |
-9 |
-5 |
-4 |
-8 |
-5 |
-5 |
-4 |
-4 |
-1 |
0 |
0 |
0 |
-4 |
-10 |
|
Δtтн |
48 |
48 |
52 |
48 |
44 |
48 |
52 |
44 |
44 |
48 |
48 |
40 |
44 |
44 |
44 |
48 |
54 |
|
ΔI |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
15 |
15 |
15 |
15 |
15 |
15 |
10 |
|
tх |
-41 |
-41 |
-41 |
-41 |
-36 |
-36 |
-41 |
-36 |
-36 |
-36 |
-31 |
-26 |
-26 |
-26 |
-26 |
-31 |
-36 |
|
Δtхн |
-50 |
-50 |
-54 |
-50 |
-46 |
-50 |
-54 |
-46 |
-46 |
-50 |
-45 |
-37 |
-41 |
-41 |
-41 |
-45 |
-48 |
|
Δtтнзд |
33 |
33 |
37 |
33 |
29 |
33 |
37 |
29 |
29 |
33 |
33 |
25 |
29 |
29 |
29 |
33 |
39 |
|
Δtхнзд |
-4 |
-4 |
-8 |
-4 |
-5 |
-8 |
-8 |
-5 |
-5 |
-9 |
-8 |
-6 |
-10 |
-10 |
-10 |
-9 |
-7 |
|
Δtтп |
19 |
20 |
19 |
20 |
16 |
15 |
20 |
17 |
16 |
16 |
17 |
14 |
14 |
13 |
15 |
18 |
25 |
|
Δtхп |
-9 |
-9 |
-13 |
-9 |
-10 |
-14 |
-13 |
-10 |
-10 |
-14 |
-14 |
-11 |
-15 |
-15 |
-15 |
-14 |
-12 |
На рис. 20 приведена разбивка вышеуказанных территорий на зоны, которые определены как пересечение областей равных температур tVII, tI, ΔI, tтоп в соответствии с картами 5 - 7, СНиП II-6-74 и карты СССР с температурой почвы под естественным покровом на глубине 160 см для сентября по "Климатическому атласу СССР".
Табл. 5 построена при минимальных значениях температур tхон = -10 °C; tmin.зд = 5 °С.
Величины температур tгр.min взяты из "Справочника по климату СССР" и округлялись в меньшую сторону до ближайшего значения, кратного пяти.
Приложение 8
Рекомендуемое
О ВЫБОРЕ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ ОБВЯЗОЧНОГО ТРУБОПРОВОДА
1. Расчетная схема - это конструктивная*) схема трубопровода, освобожденная от несущественных с точки зрения строительной механики особенностей. Для одной и той же конструктивной схемы можно выбрать несколько расчетных схем**) в зависимости от того, какой участок трубопровода необходимо более детально исследовать и каковы возможности используемой программы.
*) Конструктивная схема представляет собой условно изображение реальной конструкции трубопровода.
**) Применение расчетной схемы является необходимостью, поскольку полный учет свойств реального сооружения затруднен.
Использование линейной теории стержневых систем делает внешне похожими расчетную и конструктивную схемы трубопровода. На конструктивной схеме условно показываются опоры и различные крепления, арматура, а также даются все размеры труб, отводов и тройников.
В спецификации должны быть указаны диаметры и толщины труб, отводов и тройников, характеристики сталей, данные по грунтам на площадках компрессорных станций, различные режимы работы агрегатов всей компрессорной станции. Технологических режимов, как правило, задается несколько. Часто задаются различные варианты креплений при подходе труб к агрегатам.
Так как система обвязочных трубопроводов многократно статически неопределима, время счета зависит от правильного выбора основной геометрически неизменяемой и статически определимой системы. Так, для программ СТАРТ выбирают основную систему независимо от нумерации точек и разницы в жесткостях труб (диаметров и толщины); при этом учитывается и тип опор трубопроводов, и мертвые опоры с учетом варьирования основной системы. Программа позволяет: сократить время решения задачи на ЭВМ, повысить точность решения, проверить устойчивость полученного решения. Расчетную схему обвязочного трубопровода необходимо расчленить на конечные элементы с помощью расчетных узлов.
Узлы соединения конечных элементов назначаются в местах опирания трубопровода, установки тройниковых соединений и разгрузочных опор, стыковки прямолинейных и криволинейных участков трубопровода, а также в зонах резкого изменения физико-механических характеристик грунтов, характеристик поперечного сечения трубы, технологических параметров транспортируемого продукте, прочностных характеристик металла трубы.
Прямолинейные подземные участки трубопровода разбивают на отдельные конечные элементы, длины которых должны уменьшаться при приближении к отводам и местам разветвления трубопровода, т.е. к тройниковым соединениям. Можно рекомендовать принимать минимальную длину элемента в месте примыкания к отводу и к тройнику порядка 1 - 2 диаметров трубы с последующим увеличением длины элементов постепенно до 10 - 14 диаметров, на длине прямолинейного участка - порядка 40 - 60 диаметров трубы.
Частоту разбивки прямолинейных подземных участков на конечные элементы увеличивают при прочих разных условиях в местах приложения максимального по абсолютной величине температурного перепада и внутреннего давления газа. Инженерная оценка необходимого количества узлов разбивки может быть проведена по аналогии с заменой равномерно распределенной нагрузки на балку сосредоточенными силами.
Отводы заменяются криволинейными конечными элементами, результаты расчета которых выдаются в средних и крайних точках. Допускается замена отвода ломаной линией эквивалентной длины. При опирании трубопровода (начиная с диаметра 700 мм) и его арматуры на фундаментные конструкции необходимо учитывать эксцентриситет расположения площадки скольжения относительно оси трубы.
2. Физико-механические характеристики грунта определяются на основе инженерных изысканий площадки строительства КС с учетом прогнозирования изменений этих характеристик в процессе строительства и эксплуатации и способа производства работ.
Допускается производить предварительные расчеты с использованием нормативных значений характеристик грунта, приведенных в СНиП "Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования".
3. В расчетной схеме оперируют понятием "точка" (закрепление в точке, поворот в точке и т.п.).
Конструктивно создать закрепление или наоборот свободу перемещения с определенными свойствами в одной точке невозможно. Нередко для обеспечения требуемых свойств приходится ставить крепления на некотором расстоянии друг от друга и т.д.
Следует обратить внимание, есть ли на конструктивной схеме близко расположенные крепления, с расстоянием между ними порядка 1 - 2 диаметров трубы и менее. Иногда расстояние может быть и большим, но свойства оказываются линейно зависимыми от длины. Например, несколько пружинных опор на длинном вертикальном стояке по существу являются одной опорой с распределенными свойствами по длине стояка.
В подобных случаях необходимо выявить функциональное назначение принятой конструкции и схему ее работы свести в одну точку, т.е. две близко расположенные опоры, имеющие одинаковые реакции, заменить одной. Речь идет не о формальной, а об эквивалентной с точки зрения строительной механики замене. Принятые схемы работы креплений и компенсаторов должны вобрать в себя все существенные свойства реальной конструкции.
Например, для предохранения арматуры от воздействия изгибных моментов необходима установка двух опор с хомутами, устанавливаемыми по обеим сторонам арматуры. По отношению к трубе арматура - бесконечно жесткий элемент. Поэтому такая конструкция равнозначна закреплению одной точки на оси трубопровода от линейных смещений и поворота.
На конструктивной схеме в этом случае будут показаны две опоры, а в расчетной схеме здесь должна быть принята одна опора, препятствующая линейным и угловым перемещениям закрепляемой точки С.
Для предохранения штуцера агрегата от нагрузки, обусловленной температурным расширением трубопровода, в непосредственной близости от него часто ставят упор.
С расчетной точки зрения такое решение эквивалентно жесткому закреплению точки а. Разгрузка штуцера агрегата от силы является как бы внутренней спецификой конструкции крепления в точке а, влияющей на схему работы трубопровода в целом.
Попытка решить задачу с двумя закреплениями - в точке а и в точке b при длине ab, соизмеримой с диаметром трубопровода, может привести к неточным результатам, ибо система уравнений оказывается плохо обусловленной. Функциональное назначаете креплений (опор) определяется схемой работы крепления, т.е. каким перемещениям трубопровода оно препятствует, а каким - нет. Например, в программе СТАРТ все крепления делятся на стандартные и нестандартные. К стандартным опорам относятся мертвая, направляющая и скользящая опоры. Мертвая опора препятствует любым перемещениям трубопровода. Реакция опоры имеет шесть компонентов: три момента вокруг осей X, У, и три силы вдоль этих осей (см. рис. 1).
Направляющая опора препятствует перемещениям трубопровода ниже и поперек оси трубы, причем ось трубы обязательно лежит в горизонтальной плоскости (иначе опора будет нестандартной). При перемещении трубопровода вверх опора выключается из работы.
Реакция опоры имеет три составляющие: вертикальную, горизонтальную силы (поперек оси трубы) и силу трения (вдоль оси трубы). Скользящая опора препятствует перемещению трубопровода вниз, а при перемещении трубопровода вверх - выключается из работы.
