Нагрузки и воздействия

Внутренние усилия в трубопроводных конструкциях появля­ются от внешних и внутренних нагрузок. Причем эти нагрузки изменяются в зависимости от характеристик окружающей тру­бопровод среды, параметров перекачиваемого продукта и т. п. К нагрузкам относят внутреннее давление продукта в трубо­проводе, вес конструкций, оборудования, давления грунта, снега, ветра, испытательные нагрузки и т. п. К воздействиям относят предварительное напряжение элементов, изменение температуры, просадки оснований, обусловленные коренным из­менением структуры грунта (просадки в районах горных выра­боток, разжижение грунта, оползни, и т. п.), сейсмические яв­ления. Для линейной части трубопровода основными являются из нагрузок — внутреннее давление, давление грунта, собственный вес труб и продукта, а из воздействий — изменение темпе­ратуры, просадка и разжижение грунта, давление оползающих грунтов.

Учет внутреннего давления при расчетах прочности трубо­проводов обязателен во всех случаях, а остальные нагрузки учитываются в зависимости от конкретных условий и конструк­тивных схем трубопровода на том или ином участке. Установ­лено, например, что вертикальное давление грунта на стальные магистральные трубопроводы диаметром до 1400 мм при нор­мальных глубинах заложения и устойчивом состоянии грунта не вызывает таких напряжений в стенке трубы, которые могли бы разрушить ее. Если же рассматривать напряженное состоя­ние трубопровода на участке оползающего грунта или на сильно деформируемом основании, то давление грунта может вызвать наиболее опасное для прочности труб напряженное со­стояние. На таких участках вес труб и заполняющего их про­дукта может привести к опасным для прочности труб напряже­ниям, а на продольных уклонах внутреннее давление в трубо­проводе и силовое воздействие оползающего грунта вызывает в материале труб, кроме того, и продольное напряжение.

В соответствии с принятой методикой расчета прочности по предельным состояниям различают расчетные и норматив­ные нагрузки. Под нормативной понимают нагрузку Л/^(н), уста­новленную нормативными документами и определенную на ос­новании статистического анализа при нормальной эксплуатации сооружения. Расчетной называют нагрузку, учитывающую воз­можное отклонение от нормативной: N_p~nN^(H), где п — коэф­фициент надежности по нагрузке. Коэффициенты надежности п для различных видов нагрузки и воздействий регламентиру­ются СНиП 2.05.06—85 (табл. 5.1). Все нагрузки и воздействия подразделяются на постоянные, временные, длительные, крат­ковременные и особые.

К постоянным относятся нагрузки, которые приложены к той или иной конструкции в течение всего срока эксплуата­ции сооружения, в состав которого входит конструкция (вес, давление грунта и грунтовых вод, предварительное напряже­ние). Временными называют нагрузки и воздействия, которые действуют на сооружение или отдельную конструкцию в тече­ние ограниченного периода, меньшего, чем расчетный период эксплуатации сооружения. В свою очередь, временные нагрузки подразделяют на длительные и кратковременные. К длитель­ным временным нагрузкам относятся массы стационарного обо­рудования, материалов, масса жидкости, хранимой в резервуарах и перекачиваемой по трубопроводам, давление перекачиваемого продукта, длительные температурные усилия в конструк­циях. К кратковременным относятся снеговые и ветровые на­грузки, обледенение, транспортные и монтажные нагрузки, ис­пытательные нагрузки и т. п., т. е. нагрузки, действие кото­рых может длиться от нескольких секунд (транспортная) до нескольких месяцев (снег, обледенение). Особые — это на­грузки и воздействия, определяемые нарушениями технологи­ческого режима эксплуатации

Таблица 5.1. Коэффициент надежности п в зависимости от нагрузок и воздействий

сооружения, резкими изменениями­ технологи­ческого режима эксплуатации сооружения, резкими измене­ниями естественного состояния грунта (обвалы, просадки, оползни и т. п.), нагрузки от землетрясений, называемые сей­смическими.

Для линейной части магистральных трубопроводов наиболее характерными являются следующие нагрузки и воздействия:

собственный вес трубопровода q-t = nq₀, где q —вес соору­жения или конструкции, определяемый по геометрическим раз­мерам; п= 1,1;

давление грунта q_TV, определяемое с учетом фактических размеров конструкций и состояния грунта по формулам меха­ники грунтов;

гидростатическое давление воды, определяемое по одному из основных правил гидростатики — давление жидкости в лю­бой точке не зависит от ориентировки, т. е. угла наклона пло­щадки действия, и определяется лишь высотой столба жидкости над рассматриваемой точкой, т. е. P^ = {^hg, где р„ — плот­ность жидкости; h — высота столба жидкости над рассматри­ваемой точкой; g — ускорение свободного падения;

воздействие предварительного напряжения, создаваемого за счет упругого изгиба при поворотах трубопровода в горизон­тальном и вертикальном направлениях; при расчетах следует принимать нормативное значение нагрузки от предварительного напряжения равным а_и;

внутреннее давление (нормативное) р = пр_г(н), где р_Г(н> — расчетное давление газа (нефти и т. д.);

вес продукта, заполняющего 1 м длины трубопровода:

газа

где р_н — плотность транспортируемого продукта;

температурные воздействия, рассчитываемые в соответствии с зависимостью, устанавливающей соотношение между усили­ями и температурным перепадом Л/ = <— 1₀ при невозможности температурных деформаций: a_t = a._tFht, где о₍ — действитель­ные температурные напряжения; а< — коэффициент линейного расширения; Е — модуль упругости; А^ — принимается по раз­ности температуры / (наибольшей или наименьшей) и темпе­ратуры /о, при которой фиксируются элементы конструкции в проектном положении;

снеговая нормативная нагрузка на 1 м² площади горизон­тальной проекции поверхности конструкции q_cw = q^c, где q₀ — пес снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли; с — коэффициент, зависящий от формы поверхности и принимаемый по СНиП П-6—74 «Нагрузки и воздействия»;

ветровая нормативная нагрузка на 1 м трубопровода

где (/„с — нормативная статическая составляющая ветровой на­грузки; <7н_Д—нормативная динамическая составляющая ветро­вой нагрузки; значения q_nc и (?_нд принимаются по СНиП П-6—74;

выталкивающая сила воды на 1 м труб q_s. _n = 0,8D_H²p_Bg, где рв — плотность воды.

Остальные нормативные нагрузки и воздействия определяют в соответствии с конкретными условиями.