Проверка общей устойчивости трубопровода. Проверку общей устойчивости подземных трубопроводов в продольном направлении в плоскости наименьшей жесткости системы следует проводить по условию:

Проверку общей устойчивости подземных трубопроводов в продольном направлении в плоскости наименьшей жесткости системы следует проводить по условию:

, (16)

где – продольное осевое усилие в сечении трубопровода, которое возникает от действия расчетных нагрузок и воздействий, Н;

– коэффициент условий работы трубопровода;

– продольные критические усилия, при которых наступает потеря продольной устойчивости трубопровода. Эти усилия следует определять согласно правилам строительной механики, Н.

Внимание! В дальнейших формулах данного раздела размерности всех величин должны быть выражены в см, Н или их комбинации!

Продольные осевые усилия в трубопроводе:

, (17)

где – площадь поперечного сечения стенки трубопровода, см²:

. (18)

Для прямолинейных участков трубопровода продольное критическое усилие

, (19)

где Р₀ – сопротивление грунта продольному перемещению трубопровода, Н/см;

q_ВП – сопротивление вертикальному перемещению трубопровода, Н/см;

І – момент инерции поперечного сечения трубопровода, см⁴.

Момент инерции поперечного сечения трубопровода, см⁴:

. (20)

Сопротивление грунта продольному перемещению трубопровода:

, (21)

где τ_гр – предельные касательные напряжения при контакте трубопровода с грунтом, Н/см²:

, (22)

здесь – угол внутреннего трения грунта, град.

– коэффициент сцепления грунта, Н/см².

Р_гр – среднее удельное давление на единицу поверхности контакта трубопровода с грунтом, Н/см².

Среднее удельное давление на единицу поверхности контакта трубопровода с грунтом:

, (23)

где – коэффициент перегрузки по весу грунта, принимают n_гр =1,2;

– удельный вес грунта, Н/см³;

– высота слоя засыпки от верхней образующей трубы, см. Для труб диаметром менее 1000 мм можно принимать =80 см (СНиП 2.05.06).

– угол внутреннего трения грунта, град.

q_ТП – вес единицы длины трубопровода с перекачиваемым продуктом (Н/см).

, g_гр, j_гр – принимают по соответствующим стандартам или техническим условиям в зависимости от вида грунта. Значения этих величин для некоторых грунтов приведены в таблице 2 (по данным СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений).

Вес единицы длины трубопровода с перекачиваемым продуктом (Н/см):

. (24)

где q_тр – вес единицы (1 см) длины трубы, Н/см;

q_пр – нормативный вес транспортируемого продукта в 1 см газопровода, Н/см;

Вес единицы длины трубы (Н/см):

Таблица 3 – Характеристики грунтов (по данным СНиП 2.02.01)

Вид грунта (коэффициент пористости 0,65)	, МПа (Н/см2)	, град	gгр, Н/см3
Песчаный средней крупности	0,001(0,1)		0,0160
Песчаный мелкий	0,002 (0,2)		0,0145
Суглинок	0,028(2,8)		0,0180
Глинистый	0,057(5,7)		0,0195

, (25)

где – коэффициент перегрузки по собственному весу труб, обычно n_ВВ =1,05;

– удельный вес металла трубы, для углеродистых и низколегированных сталей g_м = (7,80–7,85) 10^-2 Н/см³.

Нормативный вес транспортируемого продукта в 1 см газопровода q_пр (Н/см) в соответствии со СНиП 2.05.06 для природного газа принимают:

, (26)

где р – рабочее (нормативное) давление газа, МПа;

D_в – внутренний диаметр трубопровода, см;

z – коэффициент сжимаемости газа (для инженерных расчетов равный 0,96);

Т – температура перекачиваемого продукта, К;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

ρ₀ – плотность газа при нормальных условиях, кг/м³.

Сопротивление грунта вертикальному перемещению трубопровода

. (27)

Устойчивость трубопровода на прямолинейных участках обеспечивается, если выполняется условие (16).

Продольное критическое усилие для криволинейных участков (Н):

, (28)

где β_y – коэффициент устойчивости криволинейных участков, для определения которого рассчитывают параметры:

, (29)

. (30)

В формуле (29) r – радиус изгиба криволинейного участка трубопровода, см.

По номограмме (рисунок 1) находят значение коэффициента b_у:

Рисунок 1 – Номограмма для определения коэффициента b_у при проверке устойчивости криволинейных участков трубопровода

Устойчивость трубопровода на криволинейных участках обеспечивается, если выполняется условие (16).

Задание на расчет:

Провести поверочный расчет на прочность и продольную устойчивость участка промыслового газопровода с внешним диаметром А (мм), предназначенного для перекачивания природного газа после предварительной подготовки газа на УППГ с рабочим давлением В (кгс/см²). Трубопровод сооружен и уложен в зимний период при температуре С (⁰С), максимальная температура рабочей среды – D (⁰С). Вид грунта – Е.