Расчет напряжений растяжения в изоляционном покрытии верхней половины трубопровода

В изоляционном покрытии верхней половины трубопровода возникают напряжения растяжения, обусловленные действием грунтовой засыпки, оседающей в боковых пазухах траншеи.

При этом касательная составляющая вертикального давления, вызывая растяжение покрытия, является активным фактором, способным привести к разрушению (разрыву) покрытия. Нормальная составляющая вертикального давления обеспечивает силу трения грунтовой засыпки по покрытию, благодаря которой грунтовая засыпка в боковых пазухах траншеи при осадке как бы тянет покрытие за собой.

Исходя из изложенного ранее, выражения для нормального и касательного напряжений в изоляционном покрытии верхней части трубопровода можно записать следующим образом:

; (41)

, (42)

где Н_о - глубина заложения трубопровода (от уровня земли до его верхней точки);

D - наружный диаметр трубопровода;

β - угол между вертикальным диаметром и радиусом, проведенным из точки, в которой определяется напряжение;

γ_Г - объемный вес грунта;

Н₁ - величина, учитывающая увеличение вертикального давления грунта при оседании грунтовой засыпки в боковых пазухах траншеи, определяется по формуле (35);

H₂ - увеличение высоты засыпки при отсутствии рекультивации земель, определяется по формуле (38);

ΔН₁ - увеличение значения Н₁, при отсутствии рекультивации земель, определяется по формуле (39).

На элементарном участке поверхности трубопровода единичной длины шириной действуют элементарные силы:

нормальная (43)

касательная (44)

При сползании грунта по поверхности трубопровода происходит сдвиг в системе труба - покрытие - обертка - грунт по границе, имеющей наименьшее сцепление.

В случае несвязных грунтов граница разлома определяется из условия статического равновесия и место разрыва характеризуется углом β, равным углу внутреннего трения φ. Предельное растягивающее усилие при этом определяется значением интегральной силы трения, препятствующей сдвигу, так как усилие, передаваемое на покрытие, не может превышать эту величину

. (45)

Пределы интегрирования при вычислении силы Т по уравнению (45) от β = φ до β = π /2.

Подставим в (45) значения dN и Н₂ из (38)

(46)

Произведя преобразования, получим:

(47)

В случае рекультивации земель (Н₂ =0 и ΔН₁ =0) выражение (47) приводится к виду:

(48)

Так как при обследованиях действующих трубопроводов разрушение обертки наблюдалось в окрестности точки, соответствующей углу φ =35...45°. То для приблизительного расчета растягивающих усилий в изоляционном покрытии трубопровода, уложенного в грунте, принимают φ =35°:

, (49)

. (50)

Расчет растягивающих усилий в изоляционном покрытии трубопровода выполняют по формулам (49) и (50) в случае, когда трение покрытия о трубу отсутствует – т.е. случай, когда в результате повышения температуры эксплуатации трубопровода клеевой слой покрытия расплавлен и выполняет функции смазочной жидкости - при малой скорости перемещения трение в этом случае пренебрежимо мало и может не учитываться при расчете. Такое явление может наблюдаться при применении клеевого подслоя с температурой размягчения меньшей, чем температура эксплуатации трубопровода.

При применении неклеевой обертки сила Т уменьшается на значение силы трения обертки по покрытию, равное:

. (51)

Сопоставляя уравнение с (45), видим, что в этом случае сила, растягивающая покрытие, равна

, (52)

где К_ТР - коэффициент трения защитной обертки по изоляционной ленте, значение его может изменяться от 0,2 до 0,6.

Усилия растяжения, обусловленные усадкой грунта, не могут возникнуть в покрытии, когда адгезионная прочность соединения покрытия с трубой больше максимальных касательных напряжений, приведенных в табл. 3. Этим свойством обладают покрытия заводского нанесения, не имеющие мягкого подслоя, например покрытия из полиэтилена.

Для оценки способности изоляционных покрытий противостоять усилиям растяжения по этим усилиям рассчитывают напряжения растяжения, учитывая реальную толщину применяемого покрытия, по следующей формуле:

. (53)

 

Задания для студентов №4

Таблица 4

№ варианта	Тип грунта и его характеристика	Размеры траншеи, м	Силы растяжения, Н/мм, при эксплуатации трубопроводов
D	B	H0	с рекульти-вацией земель ТР (50)	без рекульти-вации земель Т (49)
	Песок γГ = 1,6ּ10^4 Н/м^3 с = 0 φ = 35˚	1,42	1,9	1,0
	1,22	1,7	1,0
	1,02	1,5	1,0
	0,82	1,2	1,0
	глина γГ = 2,1ּ10^4 Н/м^3 с = 0,06 МПа φ = 20˚	1,42	1,9	1,0
	1,22	1,7	1,0
	1,02	1,5	1,0
	0,82	1,2	0,8
	суглинок γГ = 1,9ּ10^4 Н/м^3 с = 0,025 МПа φ = 17˚	1,42	1,9	1,0
	1,22	1,7	1,0
	1,02	1,5	1,0
	0,82	1,2	0,8

 

Также рассчитать напряжения растяжения, если толщина изоляционного покрытия δ_ИЗ = 0,33 мм

Задача №5