При розрахунковому визначенні внутрішніх силових факторів М_у, М_z, N_x слід враховувати для кожного виду навантаження (власна вага, внутрішній тиск, тиск грунту, снігове навантаження тощо) відповідний коефіцієнт надійності по навантаженню п, а також коефіцієнт сумісності цих навантажень між собою, які встановлюють згідно зі СНиП 2.01.07. Врахування коефіцієнтів проводять шляхом добутку відповідного силового фактора і коефіцієнта.

8.9.2 До вторинних напружень можна відносити напруження, якщо продемонстрована можливість їх постійної релаксації при збільшенні прикладених зовнішніх зусиль або моментів. Для прямолінійних ділянок підземних та наземних у насипі трубопроводів за відсутності поздовжніх (N_x = 0) та поперечних переміщень (М_у= M_z= М_кр= 0) трубопроводу мембранні осьові напруження визначають згідно зі СНиП 2.05.06 за формулою:

де α_Т -коефіцієнт лінійного теплового розширення металу труб, град ^-1;

∆Т - температурний перепад між температурою монтажу та температурою експлуатації, що приймається додатнім при нагріванні, °С;

Е -модуль пружності (модуль Юнга), МПа;

μ -коефіцієнт поперечної деформації (коефіцієнт Пуассона), визначають згідно зі СНиП 2.05.06.

При розгляді дефекту типу "суцільна корозія" або на пружно-вигнутій ділянці трубопроводу напруження згідно з формулою (3) класифікують як вторинні. Для інших дефектів слід проаналізувати здатність цих напружень релаксувати з врахуванням моделей взаємодії труби і середовища.

8.9.3 До первинних або вторинних згинальних напружень відносять напруження σ_хз, σ_θз, що виникають у трубі в разі розгляду її як оболонки. Ці напруження визначають:

де М_φ і М_θ- локальні оболонкові згинальні моменти в поздовжньому і окружному напрямку, які визначають за методами теорії оболонок.

8.9.4 Оболонкові згинальні напруження слід враховувати у випадках, коли на трубу діють неосесиметричні локальні навантажування, коли навантажування діє на невеликій ділянці труби завдовжки до , або коли має місце локальна зміна форми труби. У разі розгляду труби як безмоментної оболонки напруження (4) і (5) не слід враховувати в розрахунку.

8.10 Для визначення внутрішніх силових факторів трубопроводу, що знаходиться в складних умовах (зсуви грунту, втрата стійкості тощо), слід враховувати взаємодію трубопроводу та його елементів із середовищем і геометричну нелінійність при постановці задачі. За складних умов навантажування під час визначення напруженого стану перевагу слід надавати експериментальним даним та використанню програмного забезпечення, що дозволяє моделювати такі умови навантажування.

9 КОЕФІЦІЄНТИ НАДІЙНОСТІ ТА ЗАПАСУ МІЦНОСТІ

9.1 Коефіцієнти надійності трубопроводу (коефіцієнти умов роботи т, надійності за матеріалом k₁ та надійності за призначенням k_н визначають згідно зі СНиП 2.05.06.

9.2 Під час розрахунку на міцність трубопроводів слід обирати коефіцієнти т, k₁, k_н однакові як для ділянки з дефектом, так і для бездефектного матеріалу при розгляді однієї і тіє ж ділянки.

9.3 Навантаження під час експлуатації дефектної ділянки не може перевищувати навантаження, розрахованого у відповідності з проектними документами для бездефектної ділянки.

9.4 Допустимий КЗМ за критерієм статичної міцності визначається за формулою

(6)

і становить величину, яка на 10 % менша за відповідний інтегральний коефіцієнт надійності, що регламентується нормами на проектування СНиП 2.05.06.

9.5 Для статистичної обробки даних під час визначення розмірів дефектів слід обчислювати найбільш імовірне значення розміру дефекту (ДСТУ 4046). Якщо врахування абсолютної похибки вимірювального приладу не передбачено методикою проведення вимірювань, слід збільшувати значення кожного лінійного розміру дефекту на величину абсолютної похибки вимірювального приладу.

9.6 Дані вимірювань лінійних розмірів дефектів отримують із протоколів контролю, оформлених згідно з ДСТУ ISO/IEC 17025.

10 РОЗРАХУНОК НА СТАТИЧНУ МІЦНІСТЬ

10.1 Рівні розрахунку на статичну міцність

10.1.1 В залежності від рівня складності і консерватизму передбачено три рівні оцінок щодо розрахунку на статичну міцність згідно з 5.4.7. У таблиці 1 представлені рівні розрахунків та їх основні характеристики. Перший рівень оцінок має найбільш консервативну оцінку, а третій - найменшу.

10.1.2 Методологія оцінок відрізняється в залежності від типу дефектів: тріщиноподібних дефектів, тривимірних дефектів втрати металу та дефектів форми згідно з додатоком В. За критерій руйнування тріщиноподібних дефектів приймається діаграма оцінки руйнування (ДОР), рисунок 1 або [4, 5], а для тривимірних дефектів і дефектів форми - граничне навантаження.

При розрахунку тривимірних дефектів і дефектів форми при застосуванні ДОР приймається, що K_l= 0.

Таблиця 1 - Рівні розрахунків та їх основні характеристики

Кінець таблиці 1

10.1.2.1 Перший рівень оцінок (найбільш консервативний):

а) для тріщиноподібних дефектів розрахунок проводиться за двома граничними станами (крихке і в'язке руйнування) з застосуванням підходів механіки руйнування та граничного пластичного аналізу з урахуванням того, що всі діючі в матеріалі напруження є первинними згідно з 10.3.1. Пікових і залишкових напружень не враховують при розрахунку граничного в'язкого руйнування;

б) для тривимірних дефектів розрахунок проводиться за одним граничним станом - в'язке руйнування [6] з застосуванням підходів граничного пластичного аналізу і врахуванням того, що всі діючі в матеріалі напруження є первинними згідно з 10.4.1. Пікових і залишкових напружень не враховують;

в) для дефектів форми розрахунок проводиться за одним граничним станом (в'язке руйнування) з використанням процедур пружного аналізу з урахуванням класифікації напружень на первинні і вторинні згідно з 10.4.3.

10.1.2.2 Другий рівень оцінок використовує більш досконалий метод і дає менш консервативні результати в порівнянні з першим рівнем:

а) для тріщиноподібних дефектів розрахунок проводиться за двома граничними станами (крихке і в'язке руйнування) з застосуванням підходів механіки руйнування та граничного пластичного аналізу з урахуванням класифікації напружень за природою походження (первинні і вторинні) згідноз 10.3.14;

б) для тривимірних дефектів і дефектів форми розрахунок проводиться за одним граничним станом (в'язке руйнування) із застосуванням підходів граничного пластичного аналізу з урахуванням класифікації напружень за природою походження (первинні або вторинні) згідно з 10.4.6,10.5.1.

10.1.2.3 Третій рівень оцінок відповідно до 10.3.17:

а) для тріщиноподібних дефектів розрахунок проводиться за двома граничними станами (крихке руйнування і пластична нестабільність) із застосуванням підходів механіки руйнування та чисельного розрахунку за методом скінченних елементів (МСЕ);

б) для тривимірних дефектів і дефектів форми розрахунок проводиться за одним граничним станом (пластична нестабільність/в'язке руйнування) із застосуванням чисельного розрахунку за методом скінченних елементів згідно з 10.4.10.

10.2 Критерій статичної міцності

10.2.1 Критерій статичної міцності визначає граничні стани, за якими слід проводити розрахунки. В цьому стандарті використовуються силові критерії статичної міцності трубопроводів з дефектами, що базуються на концепції ДОР і допустимих напружень.

10.2.2 Для тріщиноподібних дефектів слід використовувати силовий критерій статичної міцності, що базується на двокритеріальному підході з застосуванням діаграми оцінки руйнування (рисунок 1). ДОР є граничною кривою, що визначає межу між небезпечним та безпечним станами конструкції і одночасно може застосовуватись для аналізу двох граничних станів - крихкого та в'язкого руйнування.

10.2.2.1 В основі застосування ДОР лежать незалежні розрахунки з визначення параметрів ЛМР К_l і К_lcпараметрів теорії граничного стану - прикладеної узагальненої сили Р і граничного навантаження в'язкого руйнування Pll . ДОР будується в координатах К_r та S_r (рисунок 1), де К_r- безрозмірний КІН, що характеризує міру наближення до крихкого руйнування, a S_r - довідкове напруження, міра наближення до в'язкого руйнування.

Гранична крива описується рівнянням K_r= f(S_r).

10.2.2.2 Гранична крива статичної міцності двокритеріального підходу (рисунок 1) побудована в координатах та і представляє собою лінію, яка описується виразом:

Pll - граничне навантаження в'язкого руйнування, що визначається за величиною границі текучості.

Слід прийняти наступне загальне правило визначення довідкових напружень: довідкове напруження σ_r є уявною границею текучості жорстко-пластичного тіла, за якої тіло з дефектом знаходиться в граничному стані для заданої системи зовнішніх навантажень [7].

На рисунку 1 зображено ДОР, де сірим кольором виділена допустима гранична область, що визначається з урахуванням інтегрального коефіцієнта надійності. Допустима гранична область отримана шляхом зменшення в k разів поточної граничної області, яка визначається критерієм статичної міцності (k- допустимий коефіцієнт запасу міцності зідно з формулою (6).

10.2.3 Для тривимірних дефектів і дефектів форми слід використовувати силовий критерій міцності, який базується лише на концепції допустимих напружень. Допустимі напруження відповідно до СНиП 2.05.06 встановлюють за границею міцності матеріалу і визначають як