Розрахунок стійкості прямомінійних ділянок трубопроводу укладеного у валик

Вступ

Для будівництва лінійної частини магістрального трубопроводу необхідно виконати великий об'єм різноманітних робіт, таких як: розчистка і планування траси; зварювання труб у нитку; риття траншеї; очистка й ізоляція труб; укладання трубопроводу в траншею; засипка траншеї; випробовування трубопроводу на міцність і герметичність; обладнання електрозахисту трубопроводу від корозії; обладнання ліній зв'язку і т. д.

Успішне виконання цих робіт можливе тільки при достатній оснащеності будівельних організацій спеціалізованою будівельною технікою, такою як: землерийними, транспортними, очисними, ізоляційними, вантажопідйомними і іншими машинами. Показником такої оснащеності є рівень механізації, тобто процент робіт, виконаних при допомозі будівельної техніки, і визначений відношенням робіт, виконаних при допомозі будівельної техніки до загального об'єму виконаних робіт.

У зв'язку з великим значенням, будівництво трубопроводів у розвинутих країнах світу перетворилось в одну з передових високомеханізованих галузей промисловості. Такий важливий показник, як рівень механізації, досяг на будівництві трубопроводів 98%, а по деяким іншим видам робіт 99.4 %.

На будівництві магістральних трубопроводів експлуатується велика кількість будівельної техніки (екскаваторів, бульдозерів, кранів і т. д.), а також декілька типів спеціальних машин і механізмів.

Розробляється й поступає на траси будівництва магістральних трубопроводів також велике число нових машин і механізмів. Від цих машин вимагаються підвищені техніко-експлуатаційні вимоги, так як трубопроводи прокладаються у різноманітних усіх кліматичних зонах і у різноманітних погодних умовах, причому будівництво ведеться на протязі всього року при температурах навколишнього повітря від +50 до -50 °С, а траси трубопроводів пересікають важкодоступніділянки місцевості (болота, гори і т. д.), велике число природних і штучнихперешкод.

Від правильного виконання робіт по будівництву магістральних трубопроводів, особливо в складних умовах, суттєво залежить їхня стійкість та надійна робота в період експлуатації. Тому в процесі проектування та будівництва повинні бути врахованні специфічні умови експлуатації та повинні бути передбаченні заходи направлені на зменшення цих зовнішних впливів, навантажень та дії.

Таким чином, забезпечення надійної та безаварійної роботи магістральних трубопроводів в складних умовах, - комплексна задача котра повинна правільно вирішуватися на всіх етапах: при виконанні вишукових робіт, будівництва та експлуатації.

Загальні положення

Трубопровід проходить по болотах І типу.

Вологість повітря та її розподіл залежить від температурних та циркуляційних властивостей території. Зимою, в зв’язку з низькими температурами повітря, абсолютна вологість характеризується найменшими значеннями (4,0-5,4 %). Влітку величина абсолютної вологості коливається у межах 13 – 16 %, річне значення дорівнює 9,2 %. Найбільше значення відносної вологості відмічено в листопаді – лютому, з максимумом в грудні 76-79 %. Найменше її значення відмічається в травні - лютому, з максимумом в грудні 76-79 %. Найменше її значення відмічається в травні –57%.

Направлення вітру відбувається циркуляцією на північний та східній периферії тому, в районі переважають вітри західного напрямку. Найбільші швидкості вітру спостерігаються у холодний період, середньомісячна швидкість вітру складає 3,0 - 3,5 м/сек. Середньорічна швидкість вітру досягає 3,0 м/сек.

Даний газопровід, що споруджується має наступні проекті характеристики:

- Зовнішній діаметр газопроводу 1220 мм;

- Товщина стінки 13,4 мм;

- Категорія – ІІ;

- Труби Волжського трубного заводу із сталі 17Г1С із міцнісними характеристиками (межа текучості 363,3 МПа; міцність на розрив 530МПа);

- Внутрішній тиск у трубопроводі 6,7МПа;

- Температурний перепад становить 40 град.С;

- Довжина ділянки 2650 м.

 

 

Розрахункова частина

 

Розрахунок

 

Вихідні дані: трубопровід зовнішнім діаметром D_з = 1,22 м, товщина стінки δ = 13,4 мм, площа поперечного перетину стінки труби F = 0,045 м², момент інерції труби I = 5,712 ּ10^-3 м⁴, вага одного погонного метра труби q_тр= 4144 Н/м, робочий тиск в трубопроводі Р = 6,7 МПа, температурний перепад Δt = 40 °С, питома вага ґрунту із якого влаштований насип γ_гр= 10,8 кН/м³, кут внутрішнього тертя ґрунту φ_гр. = 24° сила зчеплення ґрунту С_гр= 0,78 кПа, довжина ділянки 2650 м.

Визначаємовнутрішнійдіаметр трубопроводу за формулою

 

Кільцеві напруження, що виникають в стінці трубопроводу від дії внутрішнього тиску знайдемо за формулою

 

Еквівалентне повздовжнє зусилля від дії внутрішнього тиску та додатнього температурного перепаду, буде

 

 

Визначаємо значення h₁яе рівне відстані від підошви насипу до верхньої поверхні трубопроводу, відповідно до СНиП 2.05.06.-85 визначається, як

 

Висоту валикаh_в визначимо за формулою

 

Знаходимо половину ширини валика на рівні верху твірної трубопроводу

 

Тоді половину ширини валика по верху знайдемо за формулою

 

Приймаємо b = 1.5м (згідно СНиП 2.05.06-85 повинна задовольняти умову, що 1,5D_з<b> 1,5м).

Визначаємо h₂ за формулою

 

Середній тиск ґрунту валика на верхню частину трубопроводу визначаємо за формулою (2.10) (при трапецієподібному профілі валика)

 

Визначаємо граничний опір грунту валика поперечному переміщенню трубопроводу (пасивний опір ґрунту)

 

Сила тертя поверхні труби по ґрунту при горизонтальному поперечному переміщенні трубопроводу буде рівною

 

Значення опору горизонтальному поперечному переміщенню трубопроводу визначаємо за формулою

 

Граничні дотичні напруження по контакту трубопроводу з ґрунтом розраховуємо за формулою

 

 

Опір ґрунту повздовжньому переміщенню відрізку трубопроводу одиночної довжини визначаємо за формулою

 

 

Критичне значення повздовжньої сили буде

 

Перевіряємо виконання умови

 

S ≤ mּN_кр= 0,75ּ 18,712 = 14,034

 

Умова виконується, відповідно, стійкість наземного трубопроводу при заданих розмірах валика забезпечується.

Розрахунок стійкості прямомінійних ділянок трубопроводу укладеного у валик приведений у додатку А.

 

Розрахунок

Опір фунту зсуву трубопроводу разом з частиною насипу, віднесеного до одиночної довжини труби розраховується за формулою

 

 

Половинаширининасипу по низу, знаходимо за формулою

 

 

Перевіряємо виконання умови

 

 

 

Умова стійкості трубопроводу в горизонтальній площині виконується. Отже розрахунок проведений вірно.

Розрахунок стійкості трубопроводу укладеного у валик на поворотах у горизонтальній площині приведений у додатку Б.

 

Розрахунок

На дільницяхповоротівтрубопроводівввертикальнихплощинахстійкеположення трубопроводу у валикупротипідйомуйого разом з ґрунтомзабезпечуєтьсявиконанням умов.

Опір, що чинить грунт вертикальному підйому трубопроводу, знаходимо за формулою

 

Розрахун­ковий коефіцієнт, що залежить від величини кута повороту вісі трубопроводу в вертикальній площині більше 45° () то необхідно визначити розрахунковий коефіцієнт k_β за формулою

 

 

Визначаємо відстань по прямій між початком та кінцем вертикальної кривої l_кр за формулою

Стрілку згину трубопроводу в межах розрахункової криволінійної дільниці ƒ відповідно за формулою

 

 

Спочатку перевіряємо виконання умови

 

 

 

Дана умова виконується.

Після цого проводимо перевірку виконання умови

 

Умова виконується.

Так, як умови виконуються то стійке положення трубопроводу в вертикальній площині забезпечене

Рисунок 2.4 – Розрахункова схема зігнутої дільниці трубопроводу прокладеного у валику у вертикальній площині

Розрахунок стійкості трубопроводу укладеного у валик на поворотах у вертикальній площиніприведений у додатку В.

 

 

Технологія виконання робіт

Висновки

 

Прокладка трубопроводів у валику можлива на болотах першого-третього типів. Цей спосіб мало використовується із-за великої трудомісткості робіт та на болотах та вічномерзлих грунтах даний метод є раціональним.

У даній курсовій роботі розроблені основні етапи будівництва трубопроводів на болотах у валику.

Розроблені наступні питання: Розрахунок стійкості прямолінійних ділянок, та ділянок на поворотах у горизонтальній та вертикальній площині трубопроводу укладеного у валик, організація та технологія спорудження трубопроводів у валику із особливостями проведення підготовчих робіт та основних робіт, питання по контролю якості та охороні праці та навколишнього середовища, а також спецпитання.

Перелік посилань на джерела

 

1. Таран В.Д. Сооружениемагистральныхтрубопроводов. М. Недра, 1964. – 504с.

2. Бородавкин П. П., Сунарчин А. Х. Строительствомагистральныхтрубопроводов: Науч. пособие. - М.: Недра, 1987.-322с.

3. Бородавкин П. П., Березин В. Л. Сооружениемагистральныхтрубопроводов: Науч. пособие. - М.: Недра, 1987.-441с.

4. Бородавкин П. П., Сунарчин А. Х. Строительствомагистральныхтрубопроводов в сложныхусловиях: Науч. пособие. - М.: Недра, 1965.-310с.

5. Бородавкин П. П., Березин В. А. Строительствомагистральныхтрубопроводов: Науч. пособие. - М.: Недра, 1977.-502с.

6. Бабин Л. А., Быков Л. И., Волохов В. Я. Типовыерасчеты по сооружениютрубопроводов. - М.: Недра, 1979.-212с.

7. СНиП 2.05.06 – 85. Магистральныетрубопрводы. Госстрой СССР, 1985.-74с.

 

Додаток А

Таблиця А.1 – Ідентифікатори-змінні

Ідентифікатор	Dз	δ	P	F	qтп	Δt	E	α.t	γгр	I	Nкр
Змінна	Dз	δ	P	F	qтп	Δt	E	аt	γгр	I	Nкр

 

Додаток Б

Таблиця Б.1 – Ідентифікатори-змінні

Ідентифікатор	Dз	δ	P	F	qтп	а	E	α.t	γгр	qзс	kзс
Змінна	Dз	δ	P	F	qтп	а	E	аt	γгр	qзс	kзс

Додаток В

Таблиця В.1 – Ідентифікатори-змінні

Ідентифікатор	Dз	δ	P	F	qтп	kβ	E	α.t	γгр	Qвер	lкр
Змінна	Dз	δ	P	F	qтп	kв	E	аt	γгр	qвер	lкр

Вступ

Для будівництва лінійної частини магістрального трубопроводу необхідно виконати великий об'єм різноманітних робіт, таких як: розчистка і планування траси; зварювання труб у нитку; риття траншеї; очистка й ізоляція труб; укладання трубопроводу в траншею; засипка траншеї; випробовування трубопроводу на міцність і герметичність; обладнання електрозахисту трубопроводу від корозії; обладнання ліній зв'язку і т. д.

Успішне виконання цих робіт можливе тільки при достатній оснащеності будівельних організацій спеціалізованою будівельною технікою, такою як: землерийними, транспортними, очисними, ізоляційними, вантажопідйомними і іншими машинами. Показником такої оснащеності є рівень механізації, тобто процент робіт, виконаних при допомозі будівельної техніки, і визначений відношенням робіт, виконаних при допомозі будівельної техніки до загального об'єму виконаних робіт.

У зв'язку з великим значенням, будівництво трубопроводів у розвинутих країнах світу перетворилось в одну з передових високомеханізованих галузей промисловості. Такий важливий показник, як рівень механізації, досяг на будівництві трубопроводів 98%, а по деяким іншим видам робіт 99.4 %.

На будівництві магістральних трубопроводів експлуатується велика кількість будівельної техніки (екскаваторів, бульдозерів, кранів і т. д.), а також декілька типів спеціальних машин і механізмів.

Розробляється й поступає на траси будівництва магістральних трубопроводів також велике число нових машин і механізмів. Від цих машин вимагаються підвищені техніко-експлуатаційні вимоги, так як трубопроводи прокладаються у різноманітних усіх кліматичних зонах і у різноманітних погодних умовах, причому будівництво ведеться на протязі всього року при температурах навколишнього повітря від +50 до -50 °С, а траси трубопроводів пересікають важкодоступніділянки місцевості (болота, гори і т. д.), велике число природних і штучнихперешкод.

Від правильного виконання робіт по будівництву магістральних трубопроводів, особливо в складних умовах, суттєво залежить їхня стійкість та надійна робота в період експлуатації. Тому в процесі проектування та будівництва повинні бути врахованні специфічні умови експлуатації та повинні бути передбаченні заходи направлені на зменшення цих зовнішних впливів, навантажень та дії.

Таким чином, забезпечення надійної та безаварійної роботи магістральних трубопроводів в складних умовах, - комплексна задача котра повинна правільно вирішуватися на всіх етапах: при виконанні вишукових робіт, будівництва та експлуатації.

Загальні положення

Трубопровід проходить по болотах І типу.

Вологість повітря та її розподіл залежить від температурних та циркуляційних властивостей території. Зимою, в зв’язку з низькими температурами повітря, абсолютна вологість характеризується найменшими значеннями (4,0-5,4 %). Влітку величина абсолютної вологості коливається у межах 13 – 16 %, річне значення дорівнює 9,2 %. Найбільше значення відносної вологості відмічено в листопаді – лютому, з максимумом в грудні 76-79 %. Найменше її значення відмічається в травні - лютому, з максимумом в грудні 76-79 %. Найменше її значення відмічається в травні –57%.

Направлення вітру відбувається циркуляцією на північний та східній периферії тому, в районі переважають вітри західного напрямку. Найбільші швидкості вітру спостерігаються у холодний період, середньомісячна швидкість вітру складає 3,0 - 3,5 м/сек. Середньорічна швидкість вітру досягає 3,0 м/сек.

Даний газопровід, що споруджується має наступні проекті характеристики:

- Зовнішній діаметр газопроводу 1220 мм;

- Товщина стінки 13,4 мм;

- Категорія – ІІ;

- Труби Волжського трубного заводу із сталі 17Г1С із міцнісними характеристиками (межа текучості 363,3 МПа; міцність на розрив 530МПа);

- Внутрішній тиск у трубопроводі 6,7МПа;

- Температурний перепад становить 40 град.С;

- Довжина ділянки 2650 м.

 

 

Розрахункова частина

 

Розрахунок стійкості прямомінійних ділянок трубопроводу укладеного у валик

 

Згідно СНиП 2.05.06-85 повздовжня стійкість прямолінійних дільниць трубопроводів в насипі перевіряється на виконання умови

 

S ≤ mּN_кр, (2.1)

 

деS - еквівалентне повздовжнє вісьове стискуюче зусилля в прямолінійному або пружновигнутому трубопроводі, яке виникло від дії двох розрахункових навантажень, а саме: внутрішнього тиску та додатнього перепаду температур.

Так, як трубопровід відноситься до другої категорії то згідно СНиП 2.05.06-85 приймаємо коефіцієнт умов роботи рівним m = 0.75.

Післяперевіркистійкості, розміринасипу, уточнюються в залежностівідспіввідношення величин S та N_кр.

При цьомувраховуютьсярозміри та геометрична форма насипу, якіпопередньовстановлюютьсяізконструктивнихміркувань та тепловихрозрахунків (рисунок 2.2).

 

Рисунок 2.2 –Розрахункова схема перевірки на загальну стійкість трубопроводу прокладеного у валику

 

Визначаємовнутрішнійдіаметр трубопроводу за формулою (2.2)

 

	(2.2)

де D_з – зовнішній діаметр трубопроводу,D_з= 1,22 м;

δ - товщина стінки трубопроводу, δ = 13,4 мм.

Тоді кільцеві напруження, що виникають в стінці трубопроводу від дії внутрішнього тиску знайдемо за формулою (2.3)

 

	(2.3)

де n_p– коефіцієнт по навантаженню, n_p = 1,1;

Р – тиск трубопроводу, Р = 6,7 МПа.

Еквівалентне повздовжнє зусилля від дії внутрішнього тиску та додатнього температурного перепаду, буде

 

(2.4)

 

де α_t- коефіцієнт лінійного розширення металу, рівний 1.2ּ10^-51/град;

Е - модуль пружностіметалу, рівний2.1 ּ10⁵ МПа;

Δt - температурний перепад;

F - площаперетинуметалу труби.

Для виконання розрахунку назначаємо параметри насипу h₀ =0.8м; =35°.

Визначаємо значення h₁яе рівне відстані від підошви насипу до верхньої поверхні трубопроводу, відповідно до СНиП 2.05.06.-85 визначається, як

 

(2.5)

Висоту валикаh_в визначимо за формулою (2.6)

(2.6)

Знаходимо половину ширини валика на рівні верху твірної трубопроводу

 

(2.7)

 

де φ_гр- кут внутрішньоготертя грунту.

Тоді половину ширини валика по верху знайдемо за формулою (2.8)

 

(2.8)

 

Приймаємо b = 1.5м (згідно СНиП 2.05.06-85 повинна задовольняти умову, що 1,5D_з<b> 1,5м).

Визначаємо h₂ за формулою (2.9)

 

(2.9)

 

де h₀ - висота шару насипу над верхньоюутворюючою трубопроводу відповідно до СНиП 2.05.06.-85.

Середній тиск ґрунту валика на верхню частину трубопроводу визначаємо за формулою (2.10) (при трапецієподібному профілі валика)

 

(2.10)

 

де n_гр - коефіцієнтнадійності по навантаженнювід ваги ґрунту;

γ_гр- нормативна об'ємнамаса грунту;

Визначаємо граничний опір грунту валика поперечному переміщенню трубопроводу (пасивний опір ґрунту)

 

	(2.11)

де с_гр- зчеплення грунтус_гр = 0,78 МПа.

Сила тертя поверхні труби по ґрунту при горизонтальному поперечному переміщенні трубопроводу буде рівною

 

(2.13)

 

де q_mр -навантаженнявідвласної ваги заізольованого трубопроводу разом з продуктом, щотранспортується.

Значення опору горизонтальному поперечному переміщенню трубопроводу визначаємо за формулою

 

(2.14)

 

Граничні дотичні напруження по контакту трубопроводу з ґрунтом розраховуємо за формулою (2.15)

 

(2.15)

 

Опір ґрунту повздовжньому переміщенню відрізку трубопроводу одиночної довжини визначаємо за формулою (2.16)

 

(2.16)

 

Критичне значення повздовжньої сили буде

 

(2.17)

 

Перевіряємо виконання умови (2.1)

 

S ≤ mּN_кр

 

Умова виконується, відповідно, стійкість наземного трубопроводу при заданих розмірах валика забезпечується.

 

Розрахунок

 

Вихідні дані: трубопровід зовнішнім діаметром D_з = 1,22 м, товщина стінки δ = 13,4 мм, площа поперечного перетину стінки труби F = 0,045 м², момент інерції труби I = 5,712 ּ10^-3 м⁴, вага одного погонного метра труби q_тр= 4144 Н/м, робочий тиск в трубопроводі Р = 6,7 МПа, температурний перепад Δt = 40 °С, питома вага ґрунту із якого влаштований насип γ_гр= 10,8 кН/м³, кут внутрішнього тертя ґрунту φ_гр. = 24° сила зчеплення ґрунту С_гр= 0,78 кПа, довжина ділянки 2650 м.

Визначаємовнутрішнійдіаметр трубопроводу за формулою

 

Кільцеві напруження, що виникають в стінці трубопроводу від дії внутрішнього тиску знайдемо за формулою

 

Еквівалентне повздовжнє зусилля від дії внутрішнього тиску та додатнього температурного перепаду, буде

 

 

Визначаємо значення h₁яе рівне відстані від підошви насипу до верхньої поверхні трубопроводу, відповідно до СНиП 2.05.06.-85 визначається, як

 

Висоту валикаh_в визначимо за формулою

 

Знаходимо половину ширини валика на рівні верху твірної трубопроводу

 

Тоді половину ширини валика по верху знайдемо за формулою

 

Приймаємо b = 1.5м (згідно СНиП 2.05.06-85 повинна задовольняти умову, що 1,5D_з<b> 1,5м).

Визначаємо h₂ за формулою

 

Середній тиск ґрунту валика на верхню частину трубопроводу визначаємо за формулою (2.10) (при трапецієподібному профілі валика)

 

Визначаємо граничний опір грунту валика поперечному переміщенню трубопроводу (пасивний опір ґрунту)

 

Сила тертя поверхні труби по ґрунту при горизонтальному поперечному переміщенні трубопроводу буде рівною

 

Значення опору горизонтальному поперечному переміщенню трубопроводу визначаємо за формулою

 

Граничні дотичні напруження по контакту трубопроводу з ґрунтом розраховуємо за формулою

 

 

Опір ґрунту повздовжньому переміщенню відрізку трубопроводу одиночної довжини визначаємо за формулою

 

 

Критичне значення повздовжньої сили буде

 

Перевіряємо виконання умови

 

S ≤ mּN_кр= 0,75ּ 18,712 = 14,034

 

Умова виконується, відповідно, стійкість наземного трубопроводу при заданих розмірах валика забезпечується.

Розрахунок стійкості прямомінійних ділянок трубопроводу укладеного у валик приведений у додатку А.