Основные схемы взаимодействия подземного ТП с грунтами

 

Взаимодействие ТП с грунтами и силовые схемы взаимодействия грунта зависят от следующих факторов:

1) вид и состояние грунта;

2) конструктивная схема прокладки;

3) характер нагрузок на ТП, сводящийся к трем основным видам взаимодействия:

а) статическое – задачи связанные с определением давления грунта на неподвижный ТП; нагрузки ограничивающиеся статическими, т.е. ускорение не учитывается (расчет среднего давления; расчет «полного» давления; расчет давления с учетом свода естественного обрушения грунта).

б) кинематическое – задачи связанные с силовыми взаимодействиями трубы и грунта при перемещениях ТП относительно грунта, либо при перемещении грунта относительно ТП;

в) динамическое – случай при взаимном перемещении с ускорением (вибрация ТП, сейсмические воздействия).

 

1. Примеры статического воздействия грунта

 

 

1. Примеры кинематического взаимодействия

а) вертикальное перемещение трубопровода на выпуклом участке под действием продольной силы

б) перемещение трубопровода от действия внешней силы

 

 

направление перемещения;

E _П – пассивный отпор грунта насыпи;

E _α – активное давление грунта засыпки

 

в) взаимодействие трубопровода с грунтом траншеи на продольном склоне

 

г)

 

3. Динамические задачи взаимодействия.

а) фундамент насосного агрегата

 

б) колебания размытого участка подводного трубопровода в потоке воды

q_в – выталкивающая сила воды;

↑↓ - направление вертикальных колебаний;

- продольные деформации трубопровода.

 

Расчетные модели взаимодействия ТП с грунтом

 

Понятие «расчетная модель взаимодействия» включает две составляющие:

1 – расчетную схему ТП с точки зрения строительной механики;

2 – механическую модель грунта при взаимодействии с трубопроводом.

 

Механическая модель грунта зависит от уровня напряжений по контакту трубы с грунтом, величины перемещений ТП, вида, состояния и характеристик грунта.

 

Механические модели грунта бывают следующих видов:

1) упругая;

2) упруго-пластичная;

3) модели ползучести (реологические);

4) комбинированные модели.

 

1. Упругая модель грунта

Предполагает, что зависимость между деформациями и напряжениями линейная.

Зависимость касательных напряжений по контакту «труба-грунт» от величины перемещений трубопровода:.

 

График зависимости от - прямая; структурная модель изображается пружиной, имеющей жесткость

1. Пластическая модель грунта.

Модель предполагает пластические деформации грунта на поверхности контакта трубопровода с грунтом, когда касательные напряжения превышают предельные касательные. По Кулону:

и происходит сдвиг грунта по контактной поверхности. При этом считается, что величина напряжений от перемещений :

Структурная модель грунта при пластических деформациях изображается телом Сен-Венана.

1. Упруго-пластичная модель взаимодействия с грунтом (модель Кулона)

Является комбинированной моделью, сочетающей упругую и пластическую модели.

 

 

1-тело Сен-Венана

2- упругое тело Гука

 

Модель Кулона описывается двумя функциями:

График зависимости от имеет вид:

 

4. Упруго-пластическая модель Бородавкина П. П., Шадрина О. Б.:

 

 

 

 

Реологические модели или модели ползучести

В зависимости от поведения во времени и определяющих деформацию грунта параметров, по контактным поверхностям трубопровод с грунтами могут различаться 3 типа различных моделей:

1- модель динамической ползучести;

2- модель наследственной ползучести;

3- модель затухающей ползучести Кельвина

 

1. Модель динамической ползучести (вязкого трения)

 

Модель отображает случай незатухающей ползучести.

- коэф. динамической вязкости

- относительная деформация.

l – величина перемещения;

установившаяся ползучесть;

 

2. модель … теории ползучести

 

3. модель Кельвина

Модели используются для получения формул, учитывающих ползучие продольные перемещения.

Продольные перемещения подземных трубопроводов