Страница 4: ДСТУ-Н Б EN 1993-4-3:20ХХ. Проектування сталевих конструкцій. Частина 4-3. Трубопроводи (59346)

ДОДАТОК А

(ДОВІДКОВИЙ)

ANNEX A

[INFORMATIVE]

АНАЛІЗ ОПОРІВ, ДЕФОРМАЦІЙ, НАПРУЖЕНЬ І РОЗТЯГНЕНЬ ПІДЗЕМНИХ ТРУБОПРОВОДІВ

ANALYSIS OF RESISTANCES, DEFORMATIONS, STRESSES AND STRAINS OF BURIED PIPELINES

А.1 Метод і сфера застосування аналізу

A.1 Procedure and scope of analysis

(1) Метод аналізу, як правило, складається з етапів, установлених у пунктах (2)-(7) нижче.

(1) The analysis procedure generally consists of the phases set out in (2) to (7) below.

(2) Збір вихідних даних.

В залежності від характеру та розміру системи транспортування по трубопроводу необхідні вихідні дані для процесів розрахунку і проектування напруження. Вихідні дані докладно розглянуті у відповідних стандартах, на які наведено посилання.

(2) Gathering design data.

Depending on the nature and size of the pipeline transportation system, design data are required for the design and stress engineering processes. These data are defined in detail in relevant reference standards.

(3) Схематичне зображення та поділ трубопроводу на частини для аналізу.

З метою аналізу трубопровід разом з навантаженнями, що впливають на нього, схематично зображують і ділять на частини.

(3) Schematization and sectioning of pipeline for analysis.

For the purpose of analysis, the pipeline, together with the loads acting on it, is schematized and divided into sections.

(4) Визначення впливів і поєднань впливів, що підлягають розгляду при аналізі, і пов’язаних з ними часткових коефіцієнтів.

По суті, кожен переріз системи трубопроводу необхідно досліджувати для визначення ефектів навантажень, наведених в (1). На підставі цього визначають навантаження, істотні для кожного перерізу трубопроводу. Обчислення засновують на розрахункових навантаженнях. Застосовувані величини часткових коефіцієнтів беруть з відповідних стандартів, на які наведені посилання.

(4) Determination of the actions and action combinations to be considered in the analysis and the associated partial factors.

In principle, each section of the pipeline system should be investigated to determine the effects of the loads referred to in (1). The loads which are relevant to each pipeline section should be determined on this basis. The calculation is based on the design loads. Values of partial factors to be adopted should be taken from relevant reference standards.

(5) Обчислення сил, моментів і відносних переміщень.

Розподіл і розміри сил і моментів і, де це необхідно, деформацію трубопроводу необхідно визначати не тільки в якості функції довжини замкнутої системи трубопроводу, але також, де це доцільно, в якості функції часу. Це також застосовують до впливів, які чинить трубопровід на навколишнє середовище (ґрунт, опори, конструкції з фіксованою точкою опори і конструкції з обшивкою і т.д.).

(5) Calculation of forces, moments and relative displacements.

The pattern and magnitude of the forces and moments, and, where necessary, the deformation of the pipeline should be determined, not only as a function of the length of the completed pipeline system but also, where appropriate, as a function of time. This also applies to forces exerted by the pipeline on its environment (the soil, supports, fixed – point and casing structures, etc.).

(6) Обчислення напружень, розтягнень та деформації.

Необхідно визначити позитивні і негативні величини напружень і розтягувань, які можуть виникнути в стінках елементів системи трубопроводу, в разі необхідності включаючи діапазон або амплітуди і частоти змін даних напружень і / або розтягувань. При виникненні в елементах трубопроводу підвищених напружень (наприклад, у вигинах) їх необхідно врахувати при аналізі. Незначні напруження, деформації та діапазони не включають в аналіз.

(6) Calculation of stresses, strains and deformation.

The positive and negative values for stresses and strains which can occur in the walls of the elements of the pipeline system should be determined, where necessary including the range or amplitudes and frequencies of variations in these stresses and/or strains. Where increased stresses occur in pipeline elements (for example at bends), these should be allowed for in the analysis. Insignificant stresses, deformations and ranges need not be included in the analysis

(7) Оцінювання.

Напруження, розтягнення, деформації та інші величини, отримані шляхом застосування розрахункових навантажень, не повинні перевищувати граничні величини.

(7) Assessment.

The stresses, strains, deformations and other values obtained by application of the design loads shouldnot exceed the limiting values.

Примітка. Більш докладну інформацію з предметів, розглянутим у цьому додатку, і вказівки для практичного аналізу можна отримати з: «Розрахунку підземних трубопроводів з урахуванням пластичних деформацій в областях осідання», Греснігт А.М., HERON, том 31, № 4, 1986; та з інших публікацій, як встановлено в Додатку С.

NOTE: Further information on the subjects in this annex and guidance for practical analysis can be obtained from: A.M. Gresnigt «Plastic Design of Buried Pipelines in Settlement Areas», HERON, Vol. 31, No.4, 1986, and from other publications as given in annex C.

А.2 Аналіз для прямих труб

A.2 Analysis for straight pipes

А.2.1 Визначення основних параметрів

A.2.1 Definitions of key parameters

Середній діаметр

Mean diameter

Параметр втрати круглої форми

Ovalisation parameter

Середній радіус труби

Mean radius of a pipe

Пластичний момент поперечного перерізу труби

Plastic moment of the pipe cross section

Пружний момент поперечного перерізу труби

Elastic moment of the pipe cross section

Викривлення поперечного перерізу труби при пружному моменті

Curvature at the elastic moment of the pipe cross section

Момент стінки з обшивкою на одиницю ширини в кінці пружної області

Shell wall moment per unit width at the end of the elastic region

Граничний пластичний момент на одиницю ширини стінки з обшивкою

Full plastic moment per unit width of shell wall

Пластична нормальна сила на одиницю ширини стінки з обшивкою

Plastic normal force per unit width of shell wall

де приймають рівним

where is to be taken as

Примітка. З метою спрощення індекси в цьому додатку скорочують, опускаючи позначення та .

NOTE: For reasons of simplicity, the indexes in this annex are abbreviated by omitting the and notations.

А.2.2 Формули взаємодії

A.2.2 Interaction expressions

(1) На рисунку А.1 представлено показання впливу деяких інших впливів, таких як нормальна сила, сила зсуву, внутрішній тиск і навантаження ґрунту, на діаграму момент-викривлення для прямої труби.

(1) Figure A.1 gives an indication of the influence of several other actions such as normal force, shear force, internal pressure and earth loading on the moment – curvature diagram for a straight pipe.

1) Без інших впливів

1) Without other actions

2) З іншими впливами, такими як внутрішня сила, сила зсуву, внутрішній тиск і навантаження ґрунту, що надають зменшені величини для згинальних моментів і ( і *, відповідно) і зменшену величину * для викривлення .

2) With other actions such as normal force, shear force, internal pressure and earth loading, giving reduced values for the bending moments and ( and * respectively) and a reduced value * for the curvature .

Рисунок

A.1 −

Діаграма момент-викривлення для прямої труби

Figure

A.1 −

Moment – curvature diagrams for a straight pipe

(2) На рисунку А.2 представлені показання можливої ​​діаграми момент-викривлення для прямої труби, що несе навантаження інших впливів, таких як нормальна сила, сила зсуву, внутрішній тиск, тиск ґрунту.

(2) Figure A.2 gives an indication of the possible moment – curvature diagram for a straight pipe loaded with several other actions such as normal force, shear force, internal pressure, earth pressure.

Рисунок

A.2 −

Діаграма момент-викривлення для прямої труби,

яка також відображає інші впливи

Figure

A.2 −

Moment – curvature diagram for a straight pipe also indicating other actions

(3) На рисунку А.3 представлений безпосередньо переданий тиск ґрунту , непрямий переданий тиск ґрунту (реакція опори) і еквівалентний тиск ґрунту для передачі величині , яка дає такі ж середні моменти стінки з обшивкою в напрямку уздовж окружності, як і .

(3) Figure A.3 gives the directly transmitted earth pressure _, the indirectly transmitted earth pressure (support reaction) and the equivalent earth pressure to transform to a quantity that gives the same average shell wall moments in the circumferential direction as .

Рисунок

А.3−

Навантаження ґрунту , і , що впливають

Figure

А.3−

Earth loads _, and acting on the pipeline cross section

(4) Повний опір пластичним деформаціям при вигині поперечного перерізу прямої труби, що несе зовнішнє осьове навантаження , можна отримати з:

(4) The full plastic bending resistance of the pipe cross – section of a straight pipe loaded by an external axial force may be obtained from:

(A.1)

(A.2)

де

– максимальний згинальний момент при повній пластичності;

(where):

_{is the maximum bending moment at full plasticity;}

– максимальна діюча нормальна сила при повній пластичності.

_{is the maximum effective normal force at full plasticity.}

(5) Опір при чистому згині визначають за:

(5) The resistance under pure bending is given by:

(A.3)

в якій

in which:

(A.4)

(A.5)

(A.6)

(6) Опір при чистому осьовому стисненні визначають за:

(6) The resistance under pure axial compression is given by:

(A.7)

в якій

(in which):

(A.8)

(7) Коефіцієнтами, що перетворюють власну міцність в вигин або стиснення, є:

(7) The factors modifying the fundamental strength in either bending or compression are:

(A.9)

(A.10)

(A.11)

(A.12)

(A.13)

(A.14)

(A.15)

(A.16)

(8) Осьову силу текучості на одиницю ширини стінки з обшивкою визначають наступним чином:

(8) The yield axial force per unit width of shell wall is found as follows:

(A.17)

(A.18)

(A.19)

(A.20)

(A.21)

(9) Момент текучості на одиницю ширини листа визначають наступним чином:

(9) The yield moment per unit width of plate is found as follows:

(A.21)

(A.23)

(A.24)

(A.25)

(A.26)

(A.27)

(A.28)

(A.29)

(10) Важливими є наступні формули:

(10) The following expressions are of value:

(A.30)

(A.31)

(A.32)

А.2.3 Діаграма момент-викривлення

A.2.3 Moment – curvature diagram

(1) Пружну частину діаграми момент-викривлення, як на рисунку А.2, можна побудувати з застосуванням наступних фор­­мул.

(1) The elastic part of the moment – curvature diagram, as in figure A.2, may be constructed with the following expressions.

(A.33)

де

_{– зменшена (внаслідок втрати круглої форми) жорсткість при згині труби:}

(where):

_{is the reduced (due to ovalisation) bending stiffness of the pipe:}

(A.34)

– втрата круглої форми при

is the ovalisation at

(2) Пружно-пластичну частину діаграми момент-викривлення, як на рисунку А.2, можна побудувати із застосуванням наступних формул.

(2) The elastic – plastic part of the moment – curvature diagram, as in figure A.2, may be constructed with the following expressions.

(A.35)

(A.36)

(A.37)

(A.38)

при (with) де (where) (A.39)

- згинальний момент при викривленні ;

де (where):

is the bending moment at curvature ;

– викривлення труби;

is the curvature of the pipe;

– параметр, що залежить від максимальних деформацій при вигині в осьовому напрямку;

is a parameter depending on the maximum bending strains in axial direction;

– максимальна деформація при вигині в осьовому напрямку.

is the maximum bending strain in axial direction

Примітка. Пружна частина діаграми момент-викривлення закінчується при . Згинальний момент і викривлення в даній точці визначають наступним чином (також див. малюнок А1 і А2):

NOTE: The elastic part of the moment – curvature diagram ends at . The bending moment and curvature at this point are then given by (see also figure A1and A2) :

(A.40)

(A.41)

А.2.4 Обчислення втрати круглої форми

A.2.4 Calculation of the ovalisation

(1) При викривленнях, менших, ніж , втрату круглої форми і деформації в осьовому напрямку і напрямку вздовж окружності можна отримати шляхом застосування теорії пружності.

(1) At curvatures lower than the ovalisation and strains in axial and circumferential direction can be obtained by applying the theory of elasticity.

(2) При викривленнях, більших ніж , втрату круглої форми і деформації в осьовому напрямку і напрямку вздовж окружності отримують, враховуючи принцип відповідності нормальному закону розподілу для деформацій.

(2) At curvatures larger than the ovalisation and strains in axial and circumferential direction should be obtained taking into account the normality principle for deformations.

Примітка. Вказівки можна отримати з: «Розрахунку підземних трубопроводів з урахуванням пластичних деформацій», Греснігт А.М., HERON, том 31, № 4, 1986; та з інших публікацій, як встановлено в Додатку С.

NOTE: Guidance can be obtained from: A.M. Gresnigt «Plastic Design of Buried Pipelines», ERON, Vol. 31, no.4, 1986, and from other publications as given in Annex C.

Примітка. У наступних пунктах наведено приблизний метод, також див. NEN 3650.

NOTE: In the next clauses an approximate method is given, see also NEN 3650.

(3) Втрата круглої форми викликана, головним чином, тиском ґрунту, а також складовими вигину. Внутрішній тиск зменшує втрату круглої форми («ефект відновлення початкової конфігурації»).

(3) The ovalisation a is mainly caused by soil pressure, but also bending contributes. The internal ressure reduces ovalisation («rerounding effect»).

(4) Втрата круглої форми складається з пружної частини і пластичної частини .

(4) The ovalisation consists of an elastic part and a plastic part .

(A.42)

(5) Пружну частина a можна обчислити таким чином.

(5) The elastic part may be calculated as follows.

Де

– втрата круглої форми, викликана безпосереднім тиском ґрунту, як встановлено на рисунках А.2 і А.3. Тиск ґрунту на верхню частину поперечного перерізу дорівнює допоміжному тиску ґрунту.

(where):

_{is the ovalisation caused by direct earth pressure as is indicated in Figures A.2 and A.3. The earth pressure on top of the cross section equals the supportive earth pressure.}

(A.43)

– втрата круглої форми, спричинена непрямим тиском ґрунту, як встановлено на рисунках А.2 і А.3, наприклад, реакцією опор внаслідок нерівномірного осідання.

_{is the ovalisation caused by indirect earth pressure as indicated in Figures A.2 and A.3, e.g. support reactions due to uneven settlements.}

(A.44)

– втрата круглої форми, спричинена викривленням.

_{is the ovalisation caused by curvature.}

(A.45)

де

– коефіцієнт відхилення, що залежить від схеми розподілу безпосереднього тиску ґрунту, деякі величини наведені в таблиці А.1. Також див. рисунок А.2.

(where):

is the deflection coefficient dependent on the loading pattern of the direct earth pressure, some values are given in table A.1. See also Figure A.2;

– коефіцієнт відхилення, що залежить від схеми розподілу непрямого навантаження ґрунту, деякі величини наведені в таблиці А.1. Також див. рисунок А.2.

is the deflection coefficient dependent on the loading pattern of the indirect soil load, some values are given in table A.1. See also Figure A.2;

– коефіцієнт відновлення початкової конфігурації

is a rerounding factor.

(A.46)

_{– теоретична величина тиску сплющування}

is the theoretical value of the implosion pressure.

(A.47)

– жорсткість при згині стінки труби на одиницю довжини (Нмм²/мм)

is the bending stiffness of the pipe wall per unit length (Nmm²/mm).

(A.48)

– викривлення

is the curvature.

(A.49)

(6) Формули для втрати круглої форми і припустимо застосовувати до тих пір, поки максимальний згинальний момент в стінці труби в напрямку вздовж окружності дорівнює . Формула для дійсна для викривлень до .

(6) The equations for the ovalisation and may be applied until the maximum bending moment in the pipe wall in circumferential direction equals _. The equation for is valid for curvatures up to .

(7) Якщо на поперечний переріз впливають безпосередній тиск ґрунту і непрямий тиск ґрунту, то максимальний згинальний момент випливає з

(7) If in the cross section both direct earth pressure and indirect earth pressure act, the maximum bending moment follows from

(A.50)