Страница 16: ДСТУ-Н Б EN 1998-4:20ХХ. Проектування сейсмостійких споруд. Частина 4. Силоси, резервуари та трубопроводи (60842)

ДОДАТОК B

(довідковий)

ПІДЗЕМНІ ТРУБОПРОВОДИ

B.1 Загальні положення проектування

(1) Як правило, трубопроводи слід прокладати в грунтах, які перевірені на збереження стійкості при проектному сейсмічному впливі. Коли вищевказана умова не може бути задоволена, повинні бути однозначно визначені характер і масштаби негативних явищ і застосовані відповідні проектні контрзаходи.

(2) Два крайніх випадки: Розрідження грунту і зміщення по розлому варті згадки, оскільки вони вимагають, в цілому, проектних рішень, специфічних для кожного конкретного випадку.

(3) Розрідження грунту, де б воно не відбулося, було однією з основних причин пошкодження трубопроводів при минулих землетрусах.

(4) Залежно від обставин, рішення може вимагати або збільшення глибини прокладки, а, можливо і укладення труб в жорсткі канали більшого діаметру, або прокладки трубопроводу над поверхнею землі, з підтримкою їх опорами з міцними фундаментами, розташованими на досить великих відстанях. В останньому випадку слід також розглянути гнучкі стики для забезпечення відносних переміщень між опорами.

(5) Проектування для зміщення по розлому вимагає оцінки, іноді постулюючи ряд параметрів, включаючих: розміщення, розміри порушеного ділянки, тип і ступінь переміщення по розлому. При наявності зазначених параметрів, найпростіший шлях моделювання явища розглянути жорсткий зсув між масами грунту, які взаємодіють у розломі.

(6) Загальним критерієм мінімізації ефекту накладення переміщень є критерій введення максимальної гнучкості в систему, що знаходиться під впливом зазначеного зсуву.

(7) В даному випадку це може бути здійснено:

- шляхом зменшення глибини прокладки з метою зменшення стиснення грунтом;

- шляхом підготовки траншей великих розмірів для прокладки труб, заповнюваних м'яким матеріалом;

- шляхом прокладки трубопроводу над поверхнею грунту і введенням гнучких і розсувних елементів трубопроводу.

ANNEX B

(informative)

BURIED PIPELINES

В.1 General design considerations

(1) As a rule, pipelines should be laid on soils which are checked to remain stable under the design seismic action. When the condition above cannot be satisfied, the nature and the extent of the adverse phenomena should be explicitly assessed, and appropriate design counter measures applied.

(2) Two extreme cases: Soil liquefaction and fault movements are worth being mentioned, since they require in general design solutions specific to each particular case.

(3) Soil liquefaction, whenever it did occur, has been a major contributor to pipelines distress in past earthquakes.

(4) Depending on the circumstances, the solution may require either increasing the burial depth, possibly also encasing the pipes in larger stiff conduits, or in placing the pipeline above-ground, supporting it at rather large distances on well founded piers. In the latter case flexible joints should also be considered to allow for relative displacements between supports.

(5) Design for fault movements requires estimating, sometimes postulating, a number of parameters including: location, size of the area affected, type and measure of the fault displacement. Given these parameters, the simplest way of modelling the phenomenon is to consider a rigid displacement between the soil masses interfacing at the fault.

(6) The general criterion for minimizing the effect of an imposed displacement is that of introducing the maximum flexibility into the system which is subjected to it.

(7) In the case under consideration this can be done:

- by decreasing the burial depth so as to reduce the soil restraint;

- by providing a large ditch for the pipes, to be filled with soft material;

- by putting the pipeline above ground, and introducing flexible and extensible piping elements.

B.2 Сейсмічні впливи на підземні трубопроводи

(1) Рух грунту, що розповсюджується під поверхнею грунту, складається з змішаних хвиль маси (стиск, зсув) і поверхні (Релея, Лява, тощо): фактичний склад, що залежить найбільш істотно від фокальної глибини і від відстані між фокусом і ділянкою.

(2) Різні типи хвиль мають різну швидкість розповсюдження і різний рух частинок (тобто паралельно до напрямку поширення хвилі, перпендикулярно їй, еліптично, тощо). Незважаючи на те, що геофізичні й сейсмологічні дослідження можуть дати деяке уявлення, вони, в цілому, не в змозі передбачити фактичну хвильову картину, внаслідок чого доводиться робити консервативні припущення.

B.2 Seismic actions on buried pipelines

(1) The ground motion propagating beneath the soil surface is made up of a mixture of body (compression, shear) and surface (Rayleigh, Love, etc) waves: the actual composition depending most significantly on the focal depth and on the distance between the focus and the site.

(2) The various types of waves have different propagation velocities, and different motions of the particles (i.e. parallel to the propagation of the wave, orthogonal to it, elliptical, etc.). Although geophysical-seismological studies can provide some insight, they are generally unable to predict the actual wave pattern, so that conservative assumptions have to be made.

(3) Одне з частих припущень є розгляд, що, в свою чергу, хвильова картина цілком складається з одного типу хвиль, будь яка з яких найбільш несприятлива для особливого ефекту на трубопровід.

(4) Серії хвиль могли б у цьому випадку легко будуватися на підставі частотного змісту переважного спектру пружної реакції, відповідного даній ділянці, шляхом присвоєння кожній складовій частоти оціненого значення швидкості поширення.

(5) Теоретичні аргументи і ряд чисельних моделювань вказують, що інерційні сили, що виникають при взаємодії між трубою і грунтом, значно менше сил, викликаних деформацією грунту. Цей факт дозволяє звести проблему взаємодії між грунтом і трубопроводом до статичної задачі, тобто, задачі, де трубопровід деформується при проходженням хвилі зміщень, без розгляду динамічних ефектів.

(6) Сили для трубопроводу, внаслідок цього, можуть бути отримані з розрахунку з урахуванням часу, де час є параметром, функція якого полягає в зміщенні хвилі уздовж або поперeк конструкції, яка пов'язана з грунтом через радіальні і поздовжні пружини.

(7) Часто використовується значно простіший метод, який продемонстрував точність, порівнянну з точністю більш ретельного підходу, описаного вище, і який приводить в будь-якому випадку до оцінки верхньої межі деформацій в трубопроводі, так як він має припускає трубопровід достатньо гнучким, щоб слідувати деформації грунту без прослизання і без взаємодії.

(8) Відповідно до даного методу [1] рух грунту представляється простою синусоідальної хвилею:

(3) One often made assumption is to consider in turn the wave pattern to consist entirely of a single type of wave, whatever is more unfavourable for a particular effect on the pipeline.

(4) The wave trains can in this case be easily constructed on the basis of the frequency content underlying the elastic response spectrum appropriate for the site, by assigning to each frequency component an estimated value of the propagation velocity.

(5) Theoretical arguments and a number of numerical simulations indicate that the inertia forces arising from the interaction between pipe and soil are much smaller than the forces induced by the soil deformation. This fact allows the soil-pipeline interaction problem to be reduced to a static one, i.e., one where the pipeline is deformed by the passage of a displacement wave, without consideration of dynamic effects.

(6) The forces on the pipeline can therefore be obtained by a time-history analysis, where time is a parameter whose function is to displace the wave along or across, the structure, which is connected to the soil through radial and longitudinal springs.

(7) A much simpler method is often used, whose accuracy has been proved to be comparable with the more rigorous approach described above, and which yields in any case an upper bound estimate of the strains in the pipeline, since it assumes it to be flexible enough to follow without slippage nor interaction the deformation of the soil.

(8) According to this method [1] the soil motion is represented by a single sinusoidal wave:

(B.1)

де d - повна амплітуда переміщення, і
с - справжня швидкість хвилі.

(9) У свою чергу, рух частинок передбачається уздовж напрямку поширення (стискаючі хвилі) і нормально до неї (зсувні хвилі) та, для простоти і прийняття найгіршого випадку, вісь трубопроводу і напрям поширення збігаються.

(10) Поздовжній рух частинок створює деформації в грунті і в трубопроводі, та визначається виразом:

where d is the total displacement amplitude, and с is the apparent wave speed.

(9) The particle motion is assumed in turn to be along the direction of propagation (compression waves), and normal to it (shear waves) and, for simplicity and in order to take the worst case, the pipeline axis and the direction of propagation coincide.

(10) The longitudinal particle movement produces strains in the soil and in the pipeline given by the expression:

(B.2)

максимальне значення якого дорівнює:

whose maximum value is:

(B.3)

де:

v = cosd - пікова швидкість грунту.

where:

v = cosd the peak soil velocity

(11) Поперечний рух частинок створює викривлення  в грунті і трубі, визначається виразом:

(11) The transverse particle movement produces a curvature  in the soil and in the pipe given by the expression:

(B.4)

максимальне значення якого дорівнює:

whose maximum value is:

(B.5)

де:

a = ²d - пікове прискорення грунту.

(12) За умови задоволення досконалого зв'язку між трубою і грунтом, дійсна сила тертя на одиницю довжини повинна врівноважувати зміну поздовжньої сили, що веде до:

where:

a = ²d the peak soil acceleration.

(12) For the condition of perfect bond between pipe and soil to be satisfied, the available friction force per unit length should equilibrate the variation of the longitudinal force leading to:

_(B.6)

де:

E - Модуль Пружності труби;

s - товщина труби; і

_av   - середня напруга зсуву між трубою і грунтом, яка залежить від коефіцієнту тертя між грунтом і трубою, і від глибини прокладки.

where:

E Modulus of Elasticity of the pipe;

s thickness of the pipe; and

_av   average shear stress between pipe and soil which depends on the friction coefficient between soil and pipe, and on the burial depth.

Бібліографія

[1] Ньюмарк, Н. М., Проблеми поширення хвиль в грунті і скелі, Матеріали міжнародного симпозіуму з розповсюдження хвиль і динамічним властивостям грунтових матеріалів, Університет Нью-Мексико, Альбукерке, Нью-Мексико, 1967, 7-26.

Bibliography

[l] Newmark, N. M., Problems in Wave Propagation in Soil and Rock, Proc. Int-nl. Symp. on Wave Propagation and Dynamic Properties of Earth Materials,, Univ. of New Mexico, Albuquerque, New Mexico, 1967,
7-26

Позначення та назва європейського стандарту

Ступінь відповід-ності

Позначення та назва національного
стандарту України (ДСТУ)

EN 1990 Eurocode - Basis of structural design

IDT

ДСТУ-Н Б EN 1990:2008
«Єврокод. Основи проектування конструкцій (EN 1990:2002, IDT)»

EN 1997-1 Eurocode 7 – Geotechnical design - Part 1: General rules

IDT

ДСТУ-Н Б EN 1997-1:2010
«Єврокод 7. Геотехнічне проектування. Частина 1. Загальні правила
(EN 1997-1:2004, IDT)»

EN 1997-2 Eurocode 7 - Geotechnical design - Part 2: Ground investigation and testing

IDT

ДСТУ-Н Б EN 1997-2:2010
«Єврокод 7. Геотехнічне проектування. Частина 2. Дослідження і випробування грунту (EN 1997-2:2007, IDT)»

EN 1998-1 Eurocode 8 - Design of structures for earthquake resistance - Part 1: General rules, seismic actions and rules for buildings

IDT

ДСТУ-Н Б EN 1998-1:2010
«Єврокод 8. Проектування сейсмостійких конструкцій. Частина 1. Загальні правила, сейсмічні дії, правила щодо споруд (EN 1998-1:2004, IDT)»

EN 1998-2 Eurocode 8 - Design of structures for earthquake resistance - Part 2: Bridges

IDT

ДСТУ-Н Б EN 1998-2:2012
«Єврокод 8. Проектування сейсмостійких конструкцій. Частина 2. Мости
(EN 1998-2:2005, IDT)»

EN 1998-5 Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance - Part 5: Foundations, retaining structures and geotechnical aspects

IDT

ДСТУ-Н Б EN 1998-5:201Х
«Єврокод 8: Проектування сейсмостійких конструкцій. Частина 5. Фундаменти, підпірні конструкції та геотехнічні аспекти (EN 1998-5:2004, IDT)»

EN 1998-6 Eurocode 8 - Design of structures for earthquake resistance - Part 6: Towers, masts and chimneys

IDT

ДСТУ-Н Б EN 1998-6:20ХХ
«Єврокод 8. Проектування сейсмостійких конструкцій. Частина 6. Башти, вежі і димові труби (EN 1998-6:2005, IDT)»

Ключові слова: землетрус, сейсмонебезпечність, Єврокоди, сейсмостійкість, правила проектування, силосні башти, резервуари, трубопроводи, сейсмічні навантаження.