Проверка прочности и устойчивости надземных трубопроводов

 

8.33. Надземные (открытые) трубопроводы следует проверять на прочность, продольную устойчивость и выносливость (колебания в ветровом потоке).

8.34. Проверку на прочность надземных трубопроводов, за исключением случаев, регламентированных п.8.35, следует производить из условия

 

|сигма | <= пси R, (42)

пр 4 2

 

где сигма - максимальные продольные напряжения в трубопроводе от

пр расчетных нагрузок и воздействий, МПа, определяемые

согласно п.8.36;

пси - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние

4 металла труб; при растягивающих продольных напряжениях

(сигма_пр >= 0) принимаемый равным единице, при сжимающих

(сигма_пр < 0) - определяемый по формуле (с учетом

примечаний к п.8.35)

 

"Формула (43)"

 

8.35. Расчет многопролетных балочных систем надземной прокладки при отсутствии резонансных колебаний трубопровода в ветровом потоке, а также однопролетных прямолинейных переходов без компенсации продольных деформаций допускается производить с соблюдением следующих условий:

от расчетных нагрузок и воздействий

 

"Формулы (44)-(45)"

 

от нормативных нагрузок и воздействий

 

"Формула (46)"

 

Примечания: 1. Если расчетное сопротивление R_2 > R_1, то в формулах (42) - (45) вместо R_2 следует принимать R_1.

2. Для надземных бескомпенсаторных переходов при числе пролетов не более четырех допускается при расчете по формулам (42), (44) и (45) вместо пси_4 принимать пси_3, определяемое по формуле (31).

 

8.36. Продольные усилия и изгибающие моменты в балочных, шпренгельных, висячих и арочных надземных трубопроводах следует определять в соответствии с общими правилами строительной механики. При этом трубопровод рассматривается как стержень (прямолинейный или криволинейный).

При наличии изгибающих моментов в вертикальной и горизонтальной плоскостях расчет следует производить по их равнодействующей. В расчетах необходимо учитывать геометрическую нелинейность системы.

8.37. При определении продольных усилий и изгибающих моментов в надземных трубопроводах следует учитывать изменения расчетной схемы в зависимости от метода монтажа трубопровода. Изгибающие моменты в бескомпенсаторных переходах трубопроводов необходимо определять с учетом продольно-поперечного изгиба. Расчет надземных трубопроводов должен производиться с учетом перемещений трубопровода на примыкающих подземных участках трубопроводов.

8.38. Балочные системы надземных трубопроводов должны рассчитываться с учетом трения на опорах, при этом принимается меньшее или большее из возможных значений коэффициента трения в зависимости от того, что опаснее для данного расчетного случая.

8.39. Трубопроводы балочных, шпренгельных, арочных и висячих систем с воспринимаемым трубопроводом распором должны быть рассчитаны на продольную устойчивость в плоскости наименьшей жесткости системы.

8.40. При скоростях ветра, вызывающих колебание трубопровода с частотой, равной частоте собственных колебаний, необходимо производить поверочный расчет трубопроводов на резонанс.

Расчетные усилия и перемещения трубопровода при резонансе следует определять как геометрическую сумму резонансных усилий и перемещений, а также усилий и перемещений от других видов нагрузок и воздействий, включая расчетную ветровую нагрузку, соответствующую критическому скоростному напору.

8.41. Расчет оснований, фундаментов и самих опор следует производить по потере несущей способности (прочности и устойчивости положения) или непригодности к нормальной эксплуатации, связанной с разрушением их элементов или недопустимо большими деформациями опор, опорных частей, элементов пролетных строений или трубопровода.

8.42. Опоры (включая основания и фундаменты) и опорные части следует рассчитывать на передаваемые трубопроводом и вспомогательными конструкциями вертикальные и горизонтальные (продольные и поперечные) усилия и изгибающие моменты, определяемые от расчетных нагрузок и воздействий в наиболее невыгодных их сочетаниях с учетом возможных смещений опор и опорных частей в процессе эксплуатации.

При расчете опор следует учитывать глубину промерзания или оттаивания грунта, деформации грунта (пучение и просадка), а также возможные изменения свойств грунта (в пределах восприятия нагрузок) в зависимости от времени года, температурного режима, осушения или обводнения участков, прилегающих к трассе, и других условий.

8.43. Нагрузки на опоры, возникающие от воздействия ветра и от изменений длины трубопроводов под влиянием внутреннего давления и изменения температуры стенок труб, должны определяться в зависимости от принятой системы прокладки и компенсации продольных деформаций трубопроводов с учетом сопротивлений перемещениям трубопровода на опорах.

На уклонах местности и на участках со слабонесущими грунтами следует применять системы прокладок надземных трубопроводов с неподвижными опорами, испытывающими минимальные нагрузки, например, прокладку змейкой с неподвижными опорами, расположенными в вершинах звеньев по одну сторону от воздушной оси трассы.

8.44. Нагрузки на неподвижные ("мертвые") опоры надземных балочных систем трубопроводов следует принимать равными сумме усилий, передающихся на опору от примыкающих участков трубопровода, если эти усилия направлены в одну сторону, и разности усилий, если эти усилия направлены в разные стороны. В последнем случае меньшая из нагрузок принимается с коэффициентом, равным 0,8.

8.45*. Продольно-подвижные и свободно-подвижные опоры балочных надземных систем трубопроводов следует рассчитывать на совместное действие вертикальной нагрузки и горизонтальных сил или расчетных перемещений (при неподвижном закреплении трубопровода к опоре, когда его перемещение происходит за счет изгиба стойки). При определении горизонтальных усилий на неподвижные опоры необходимо принимать максимальное значение коэффициента трения.

В прямолинейных балочных системах без компенсации продольных деформаций необходимо учитывать возможное отклонение трубопровода от прямой. Возникающее в результате этого расчетное горизонтальное усилие от воздействия температуры и внутреннего давления, действующее на промежуточную опору перпендикулярно оси трубопровода, следует принимать равным 0,01 величины максимального эквивалентного продольного усилия в трубопроводе.

8.46. При расчете опор арочных систем, анкерных опор висячих и других систем следует производить расчет на возможность опрокидывания и сдвиг.

 

Компенсаторы

 

8.47. Расчет компенсаторов на воздействие продольных перемещений трубопроводов, возникающих от изменения температуры стенок труб, внутреннего давления и других нагрузок и воздействий, следует производить по условию

 

сигма + |сигма | <= R - 0,5сигма, (47)

комп м 2 кц

 

где сигма - расчетные продольные напряжения в компенсаторе от

комп изменения длины трубопровода под действием внутреннего

давления продукта и от изменения температуры стенок

труб, МПа;

сигма - дополнительные продольные напряжения в компенсаторе от

м изгиба под действием поперечных и продольных нагрузок

(усилий) в расчетном сечении компенсатора, МПа,

определяемые согласно общим правилам строительной

механики;

R - обозначение то же, что в формуле (5);

сигма - обозначение то же, что в формуле (17).

кц

 

Примечание. При расчете компенсаторов на участках трубопроводов, работающих при мало изменяющемся температурном режиме (на линейной части газопроводов, нефтепроводов и нефтепродуктопроводов), допускается в формуле (47) вместо расчетного сопротивления R_2 принимать нормативное сопротивление R(н)_2

 

8.48. Величина расчетных продольных напряжений в компенсаторе сигма_комп определяется в соответствии с общими правилами строительной механики с учетом коэффициента уменьшения жесткости отвода k_ж и коэффициента увеличения продольных напряжений m_к.

В частности, для П-, Z- и Г-образных компенсаторов расчет производится по следующим формулам:

 

для П-образных

 

"Формулы (48)-(51)"

 

для Г-образных

 

1,5E D Дельта

0 н к

сигма = ──────────────, (52)

комп 2

l

к

 

где E - обозначение то же, что в формуле (19);

D - обозначение то же, что в формуле (12);

н

l - вылет компенсатора, см;

к

Дельта - суммарное продольное перемещение трубопровода в месте

к приимыкания его к компенсатору от воздействия температуры и

внутреннего давления, см;

ро - радиус изгиба оси отвода, см;

к

l - ширина полки компенсатора, см.

п

 

8.49. Коэффициенты уменьшения жесткости k_ж и увеличения напряжений m_к для гнутых и сварных отводов компенсаторов при ламбда_к < 0,3 определяются по формулам:

 

ламбда

к

k = ───────; (53)

ж 1,65

 

0,9

m = ─────────; (54)

к 2/3

ламбда

к

 

дельта ро

н к

ламбда = ──────────, (55)

к 2

r

c

 

где дельта - обозначение то же, что в формуле (17);

н

ро - обозначение то же, что в формуле (49);

к

r - средний радиус отвода, см.

c

 

8.50. Реакция отпора H_к компенсаторов, Н, при продольных перемещениях надземного трубопровода определяется по формулам:

для П- и Z-образных компенсаторов

 

200Wсигма

комп

H = ─────────────; (56)

к m l

к к

 

для Г-образных компенсаторов

 

100Wсигма

комп

H = ─────────────; (57)

к l

к

 

где W - момент сопротивления сечения трубы, см3;

сигма, m, l - обозначения те же, что в формуле (48).

комп к к

 

8.51. Расчетные величины продольных перемещений надземных участков трубопровода следует определять от максимального повышения температуры стенок труб (положительного расчетного температурного перепада) и внутреннего давления (удлинение трубопровода), а также от наибольшего понижения температуры стенок труб (отрицательного температурного перепада) при отсутствии внутреннего давления в трубопроводе (укорочение трубопровода).

8.52. С целью уменьшения размеров компенсаторов следует применять предварительную их растяжку или сжатие, при этом на чертежах должны указываться величины растяжки или сжатия в зависимости от температуры, при которой производится сварка замыкающих стыков.

 

Особенности расчета трубопроводов, прокладываемых в сейсмических
районах

 

8.53. Трубопроводы, прокладываемые в сейсмических районах, независимо от вида прокладки (подземной, наземной или надземной) рассчитываются на основные и особые сочетания нагрузок с учетом сейсмических воздействий согласно СНиП II-7-81*.

8.54. Трубопроводы и их элементы, предназначенные для прокладки в сейсмических районах, согласно п.5.31 следует рассчитывать:

на условные статические нагрузки, определяемые с учетом сейсмического воздействия. При этом предельные состояния следует принимать как для трубопроводов, прокладываемых вне сейсмических районов;

на сейсмические воздействия, получаемые на основании анализа записей сейсмометрических станций (в виде акселерограмм, велосиграмм, сейсмограмм), ранее имевших место землетрясений в районе строительства или в аналогичных по сейсмическим условиям местностях. Величины принимаемых максимальных расчетных ускорений по акселерограммам должны быть не менее указанных в табл.14.

 

Таблица 14

 

─────────────────────────────────┬─────────┬─────────┬─────────┬─────────

Сила землетрясения, баллы │ 7 │ 8 │ 9 │ 10

─────────────────────────────────┼─────────┼─────────┼─────────┼─────────

Сейсмическое ускорение а_с, см/с2│ 100 │ 200 │ 400 │ 800

─────────────────────────────────┴─────────┴─────────┴─────────┴─────────

 

При расчетах на наиболее опасные сейсмические воздействия допускаются в конструкциях, поддерживающих трубопровод, неупругое деформирование и возникновение остаточных деформаций, локальные повреждения и т.д.

8.55. Расчет надземных трубопроводов на опорах следует производить на действие сейсмических сил, направленных:

вдоль оси трубопровода, при этом определяются величины напряжений в трубопроводе, а также производится проверка конструкций опор на действие горизонтальных сейсмических нагрузок;

по нормали к продольной оси трубопровода (в вертикальной и горизонтальной плоскостях), при этом следует определять величины смещений трубопровода и достаточность длины ригелей, при которой не произойдет сброса трубопровода с опоры, дополнительные напряжения в трубопроводе, а также проверять конструкции опор на действие горизонтальных и вертикальных сейсмических нагрузок.

Дополнительно необходимо проводить поверочный расчет трубопровода на нагрузки, возникающие при взаимном смещении опор.

Сейсмические нагрузки на надземные трубопроводы следует определять согласно СНиП II-7-81*.

8.56. Дополнительные напряжения в подземных трубопроводах и трубопроводах, прокладываемых в насыпи, следует определять как результат воздействия сейсмической волны, направленной вдоль продольной оси трубопровода, вызванной напряженным состоянием грунта.

Расчет подземных трубопроводов и трубопроводов в насыпи на действие сейсмических нагрузок, направленных по нормали к продольной оси трубопровода, не производится.

8.57. Напряжения в прямолинейных подземных или наземных (в насыпи) трубопроводах от действия сейсмических сил, направленных вдоль продольной оси трубопровода, следует определять по формуле

 

+- 0,04 m k k a E T

0 0 п с 0 0

сигма = ─────────────────────, (58)

пр.N c

р

m - коэффициент защемления трубопровода в грунте,

определяемый согласно п.8.58;

k - коэффициент, учитывающий степень ответственности

0 трубопровода, определяемый согласно п.8.59;

k - коэффициент повторяемости землетрясения

п

определяемый согласно п.8.60;

a - сейсмическое ускорение, см/с2, определяемое по

c

данным сейсмического районирования и

микрорайонирования с учетом требований п.8.54;

E - обозначение то же, что в формуле (19);

T - преобладающий период сейсмических колебаний

грунтового массива, определяемый при изысканиях,

с;

c - скорость распространения продольной сейсмической

р

волны вдоль продольной оси трубопровода, см/с, в

грунтовом массиве, определяемая при изысканиях; на

стадии разработки проекта допускается принимать

согласно табл.15.

 

Таблица 15

 

───────────────────────────────┬────────────────────┬────────────────────

Грунты │ Скорость распрост- │ Коэффициент защем-

│ ранения продольной │ ления трубопровода

│ сейсмической волны │ в грунте m0

│ с_р,км/с │

───────────────────────────────┼────────────────────┼────────────────────

Насыпные, рыхлые пески, супеси,│ 0,12 │ 0,50

суглинки и другие, кроме водо-│ │

насыщенных │ │

│ │

Песчаные маловлажные │ 0,15 │ 0,50

│ │

Песчаные средней влажности │ 0,25 │ 0,45

│ │

Песчаные водонасыщенные │ 0,35 │ 0,45

│ │

Супеси и суглинки │ 0,30 │ 0,60

│ │

Глинистые влажные, пластичные │ 0,50 │ 0,35

│ │

Глинистые, полутвердые и твер-│ 2,00 │ 0,70

дые │ │

│ │

Лесс и лессовидные │ 0,40 │ 0,50

│ │

Торф │ 0,10 │ 0,20

│ │

Низкотемпературные мерзлые│ 2,20 │ 1,00

(песчаные, глинистые, насыпные)│ │

│ │

Высокотемпературные мерзлые│ 1,50 │ 1,00

(песчаные, глинистые, насыпные)│ │

│ │

Гравий, щебень и галечник │ 1,10 │ См.примеч. 2

│ │

Известняки, сланцы, песчаники│ 1,50 │ То же

(слабовыветренные, выветренные│ │

и сильновыветренные) │ │

│ │

Скальные породы (монолитные) │ 2,20 │ "

 

Примечания: 1. В таблице приведены наименьшие значения с_р, которые следует уточнять при изысканиях.

2. Значения коэффициента защемления трубопровода следует принимать по грунту засыпки.

─────────────────────────────────────────────────────────────────────────

 

8.58. Коэффициент защемления трубопровода в грунте m0 следует определять на основании материалов изысканий. Для предварительных расчетов его допускается принимать по табл.15.

При выборе значения коэффициента m0 необходимо учитывать изменения состояния окружающего трубопровод грунта в процессе эксплуатации.

8.59. Коэффициент k0, учитывающий степень ответственности трубопровода, зависит от характеристики трубопровода и определяется по табл.16.

 

Таблица 16

 

────────────────────────────────────────────┬────────────────────────────

Характеристика трубопровода │ Значение коэффициента k

│ 0

────────────────────────────────────────────┼────────────────────────────

1. Газопроводы при рабочем давлении от 2,5│ 1,5

до 10,0 МПа (25-100 кгс/см2) включ.; нефтеп-│

роводы и нефтепродуктопроводы при условном│

диаметре от 1000 до 1200 мм. Газопроводы не-│

зависимо от величины рабочего давления, а│

также нефтепроводы и нефтепродуктопроводы│

любого диаметра, обеспечивающие функциониро-│

вание особо ответственных объектов. Переходы│

трубопроводов через водные преграды с шири-│

ной по зеркалу в межень 25 м и более │

│

2. Газопроводы при рабочем давлении от 1,2│ 1,2

до 2,5 МПа (12-25 кгс/см2); нефтепроводы и│

нефтепродуктопроводы при условном диаметре│

от 500 до 800 мм │

│

3. Нефтепроводы при условном диаметре менее│ 1,0

500 мм │

 

Примечание. При сейсмичности площадки 9 баллов и выше коэффициент k0 для трубопроводов, указанных в поз.1, умножается дополнительно на коэффициент 1,5.

─────────────────────────────────────────────────────────────────────────

 

8.60. Повторяемость сейсмических воздействий следует принимать по картам сейсмического районирования территории СССР согласно СНиП II-7-81*.

Значения коэффициента повторяемости землетрясений k_п следует принимать по табл.17.

 

Таблица 17

 

─────────────────────────────────────┬──────────┬───────────┬────────────

Повторяемость землетрясений, 1 раз в │ 100 лет │ 1000 лет │ 10000 лет

─────────────────────────────────────┼──────────┼───────────┼────────────

Коэффициент повторяемости k_п │ 1,15 │ 1,0 │ 0,9

─────────────────────────────────────┴──────────┴───────────┴────────────

 

8.61. Расчет надземных трубопроводов на сейсмические воздействия следует производить согласно требованиям СНиП II-7-81*.

8.62. Трубопроводы, прокладываемые в вечномерзлых грунтах при использовании их по II принципу, необходимо рассчитывать на просадки и пучения.