Расчет трубопроводов на прочность

Вопросы / ответыРасчет трубопроводов на прочность
0 +1 -1
antfiksa Админ. спросил 2 месяца назад
1 ответ
0 +1 -1
antfiksa Админ. ответил 2 месяца назад

Трубопровод, уложенный в грунт, в течение всего периода эксплуатации находится под воз­действием внешних сил. Эти си­лы вызывают сложные напряже­ния в теле трубы и стыковых со­единениях, главные среди них продольное σа, кольцевое στ и радиальное
(рис. 6.4).
Радиальное напряжение обусловлено внутренним давлением (равно ему и противопо­ложно по направлению):
σr=-p
Кольцевое напряжение возникает от действия внутренней и внешнего давлений. Определяют его по классической формуле  Мариотта
где р — внутреннее давление; D — внутренний диаметр трубы;  δтолщина стенки трубы.
           Продольное напряжение, возникающее  от внутреннего давления
где μ — коэффициент Пуассона (μ = 0,3 для стали).
Продольное напряжение от изменения температуры трубы определяется по формуле Гука
σаt=a · E(t2tl),
где α — коэффициент линейного расширения металла, (а = 0,000012 1/°С);
Е = 2,1 · 105 МПа — модуль упругости стали при растяжении, сжатии, изгибе; t2 — температура воздуха во время укладки трубопровода в траншею; t1 — наименьшая тем­пература грунта на глубине укладки трубы.
Наиболее опасны разрывающие усилия, а не сжимающие, и для их уменьшения следует стремиться к сокращению разности температур t2t1. Для уменьшения продольных напряжений сваренный трубопровод опускают в траншею в наиболее холод­ное время суток (рано утром).
Из всех напряжений наиболее опасны кольцевые.
Большие продольные напряжения появляются в трубе при ее холодном упругом изгибе (из-за неровностей рельефа). Они вычисляются следующим образом:
где Dн  — наружный диаметр трубы; р — радиус изгиба.
В настоящее время магистральные трубопроводы рассчи­тывают по методу предельных состояний. Под предельным по­нимают такое состояние конструкции, при котором ее нормальная дальнейшая эксплуатация невозможна. Различают три предельных состояния: 1) по несущей способности (прочности и устойчивости конструкций, усталости материала), при достижении которого конструкция  теряет способность сопротивляться внешним воздействиям или получает такие остаточные деформации, которые не допускают ее дальнейшую эксплуатацию;

  • по развитию чрезмерных деформаций от статических динамических нагрузок, при достижении которого в конструкции, сохраняющей прочность и устойчивость, появляются деформации или колебания, исключающие возможность дальней
    шей эксплуатации;
  • по образованию или раскрытию трещин, при достижении которого трещины в конструкции, сохраняющей прочность и устойчивость, появляются и раскрываются до такой величины, которой дальнейшая эксплуатация конструкции становится
    возможной.

Прочность трубопровода будет сохраняться при условии если максимальные воздействия сил будут меньше минимальное несущей способности трубы
n · p · D ≤ 2 · δ · R1 ,    (6.1)
где n — коэффициент перегрузки; D — внутренний диаметр трубы; R1 — расчетное сопротивление металла трубы и сварных соединений  (R1 — несущая способность трубы).
R1 =  · k1 · m1 · m2,
где  = σв — нормативное сопротивление растяжению материа­ла труб (равно пределу прочности материала труб); k1, m1, m2  — коэффициенты условий работы.
Так как D = Dн – 2δ, то из формулы (6.1) получим
         (6.2)
Для того чтобы не было чрезмерных пластических дефор­маций, необходимо выполнить условие
n ·  p · D ≤ 0,9 · 2δ ·
откуда
  (6.2)
где  = σт  (пределу текучести материала труб).
Принимается большее значение δ1, полученное по формулам (6.2) и (6.3).
Минимально допустимая толщина стенки трубы при существующей технологии выполнения сварочно-монтажных работ должна быть больше  диаметра трубы и не менее 4 мм.
Суммарная продольная нагрузка в наиболее тяжелый период эксплуатации должна быть меньше несущей способности тру­бы (R1):
минимально допустимый радиус изгиба
где Δt — должно быть взято со знаком плюс, чтобы R1  получить наибольшим.
Для ориентировочного и быстрого определения рдон мож­но воспользоваться формулой
рdon>900DH.
Действительные радиусы р упругого изгиба трубопровода в вертикальной и горизонтальной плоскостях трассы должны быть больше рдон
При р<рдон следует применять специальные гнутые вставки труб.