Продольные перемещения подземных трубопроводов влияние продольных перемещений на положение трубопровода

Продольные перемещения подземного трубопровода имеют ис­ключительно важное значение в сохранении или изменении его положения по сравнению с первоначальным. Покажем это на нескольких характерных примерах.

Вырежем из прямолиней­ного трубопровода в однородном грунте участок длиной l. До­пустим, что его первоначальное состояние характеризуется от­сутствием в трубе продольной силы, главная ось прямолинейна. Перемещений концевых сечений 1, 2 (рис. 7.7) при таком на­чальном условии нет. Изменение какого-либо из начальных ус­ловий, например температуры стенок труб или внутреннего дав­ления, приведет к возникновению в трубопроводе продольной силы. Вследствие этого сечения 1 и 2 переместятся на величину u₀ в положение 1' и 2' (при условии, что за пределами участка 1 есть участки меньшей продольной жесткости). Следовательно, удлинение участка / приводит к изменению начального положе­ния трубопровода, например, на каком-либо ближайшем к l упругоискривленном участке К с начальной стрелкой прогиба f₀-Стрелка прогиба увеличится на Af = f₁—f₀; в сечении 3 трубо­провод может выпучиться из грунта и при некотором значении f₁ даже разрушиться.

Именно наличие по длине трубопровода участков различной продольной жесткости и неполное защемление трубопровода грунтом приводит к продольным удлинениям труб на участках меньшей жесткости и ужесточению условий их работы. К уча­сткам меньшей (по сравнению с прямолинейными) жесткости относятся различного рода упругие искривления (см. рис. 7.7),

повороты труб в плане, по вертикали, тройниковые со­единения и т. д.

Приведем пример вы­хода из строя перехода нефтепровода, сооружен­ного в виде провисающей жесткой нити через реку шириной 400 м (рис. 7.8). Начальная стрелка про­гиба f₀ была определена при проектировании из расчета удлинения только провисающей части l. По­степенно трубопровод стал опускаться все ниже и, на­конец, посередине пролета опустился в реку (см. рис. 7.8, пунктир). Проведенный анализ показал, что сече­ние А—А переместилось более чем на 50 см за счет «вытаскивания» труб на участке l_п силой Р, что было достаточно для увеличения f_n на 5,5 м. В данном случае мы имеем основной расчетный случай: пере­мещение полубесконечного трубопровода сосредоточенной си­лой Р (см. расчетную схему на рис. 7.8, б). Если бы тру­бопровод был полностью защемлен грунтом, аварии бы не произошло. Не было бы ее и в том случае, если бы при проек­тировании учитывалась возможность продольного перемещения сечения А — А.

Рассмотрим пример влияния продольных перемещений на состояние газопровода с переходами в виде арок, проектирова­ние которых также было выполнено без учета продольных пере­мещений (рис. 7.9). При увеличении температуры труб по срав­нению с начальной на At=t-t₀ (t-температура перекачивае­мого газа) в прилегающих к аркам прямолинейных участках lп появилась продольная сила. Поскольку арка l имеет сущест­венно меньшую продольную жесткость, чем прямолинейный тру­бопровод, удлинение участков 1п на величину u₀ (рис. 7.9, б) уменьшило пролет арки за счет ее сжатия на 2и₀. Арка перешла из состояния / в состояние 2, прочность труб в сечении 1/2 ока­залась недостаточной и арка разрушилась.

Приведенные примеры показывают важность учета продоль­ных перемещений. Таким образом, при анализе возможных из­менений состояния трубопровода, в том числе и приводящих к аварии, прежде всего следует обращать внимание на участки меньшей (по сравнению с прямолинейным трубопроводом) про­дольной жесткости. При этом проверять их прочность необхо­димо с учетом перемещений прилегающих к ним участков с большей продольной жесткостью, поскольку эти перемещения собираются именно на слабых участках.