Расчет напряженного состояние трубопровода на продольном склоне при монтаже «сверху-вниз»

Расчет напряженного состояние трубопровода на продольном склоне при монтаже «сверху-вниз»

При укладке на продольном уклоне в трубопроводе возникают продольные усилия, которые зависят от характеристики склона и способа монтажа [11].

Если фактический угол склона a больше или равен величине a_пр, именуемой предельным углом (a_п ³a_пр) и определяемой как a_пр = arctgf, (1)

где f – коэффициент трения трубопровода о грунт, то продольные растягивающие усилия Р_x в сечении х при монтаже «сверху-вниз» находятся по формуле (рис):

(2)

а соответствующие им продольные перемещения трубопровода, направленные вниз по склону, определяются по формуле: (3)

Знак (-) указывает на то, что перемещение направлено в противоположную сторону от принятого начала координат по оси x.

Максимальные усилия Р_{ma x} имеют место у вершины склона при x, равном длине смонтированного на склоне участка трубопровода

(4)

а максимальные перемещения u_max – в конце монтируемого участка при x=0

(5)

Рис. Расчетная схема трубопровода при монтаже,,сверху вниз“

 

 

 

Расчет напряженного состояние трубопровода на продольном склоне при монтаже «снизу-верх»

При углах продольного склона a_n<a_пр трубопровод не будет скользить по склону, но это не означает, что в нем не возникнут продольные усилия и соответствующие перемещения.

Продольные усилия и перемещения при этом будут рассчитываться по формулам:

; (1)

; (2)

; (3)

, (4)

q_тр – нагрузка от собственного веса единицы трубопровода без продукта; k_u – коэффициент постели грунта при продольных перемещениях трубопровода, определяемый экспериментальным путем; А – часть длины окружности трубы, опирающейся на грунт; F – площадь поперечного сечения металла трубы; b - коэффициент, равный:

. (5)

При монтаже «снизу-вверх» в отличие от «сверху-вниз» меняется знак: усилия становятся отрицательными, а перемещения – положительными.

На практике могут встретиться расчетные схемы, когда монтаж трубопровода приходится на склон, включающий два или несколько участков с различными уклонами, например, состоящий из участка длиной l₁ с уклоном a_{п 1} и участка l₂ с уклоном a_{п 2}. В этом случае параметры, оценивающие напряженно-деформированное состояние трубопровода, равны:

; (6) .

Найденные усилия пересчитываются в напряжения:

Не рассмотрен 2 вариант! Когда угол склона больше предельного!

Расчёт напряженного состояния трубопровода, подверженного воздействию оползня на продольном склоне.

Наиболее неблагоприятным является случай, когда подвижки грунта, перешедшего в предельное состояние, происходит одновременно вдоль всего склона длиной l. Примыкающие горизонтальные участки жестко фиксируют положение начального и конечного сечений отрезка трубопровода на склоне, формируя защемление

Расчетная схема при оползневых подвижках грунта на продольных склонах

Продольные усилия в верхней половине отрезка трубопровода длиной l будут растягивающими, а в нижней – сжимающими

(1)

В начале и в конце отрезка l они становятся максимальными по абсолютной величине и равными:

-при х = 0 ; (2)

-при х = l .(3)

Продольные перемещения распределяются по длине в соответствии с зависимостью:

и максимальны по абсолютной величине в точке :

Рассчитанные по формулам (1), (2) и (3) усилия переводятся в напряжения по формуле: = . Величина предельных касательных напряжений t_пр определяется по формуле:

= *tg +

Особенности организации строительства, конструктивные схемы прокладки трубопроводов на многолетнее мерзлых грунтах.

Мерзлые это грунты, в которых, хотя бы некоторая часть воды находится в замороженном состоянии и имеет температуру ниже 0°С.

Основное отличие МГ от остальных – это его четырехкомпонентность тв. вещ., жидкость, газ и лед.

В мерзлом состоянии обладает высокой несущей способностью и прочностью (за счет цементирующего действия льда).

В талом состоянии обладает очень низкой несущей способностью.

Деятельный слой это слой подвергаемый процессам сезонного промерзания, оттаивания.

Микротоннелирование

Микротоннелирование – это бестраншейный метод строительства коллекторов в условия стесненной городской застройки. Суть данного метода заключается в том, что прокладка труб в грунте производится проходческой установкой. Его поступательные движения обеспечивает мощная домкратная станция, которая передаёт толкающее усилие к щиту через колонну железобетонных труб, которая наращивается по мере продвижения вперёд.

На подготовительном периоде разрабатываются два котлована (стартовый и приемный). Расстояние между стартовой и приемной шахтами составляет от 50 до 500 м. Домкратная станция устанавливается в стартовом котловане на глубине, необходимой для осуществления прокладки трубопровода. При длине проходки свыше 200 метров используется промежуточная домкратная станция. В плане шахты могут быть круглыми или квадратными. Размеры их сторон до 6 м в зависимости от типа микрощита.

Разработка грунта производится режущим инструментом проходческого щита. Грунт перемешивается с водой (или бентонитовым раствором), которая подаётся в забой по подводящим линиям, а по отводящим линиям полученная взвесь попадает в отстойник, который находится у стартового котлована.

Поэтапное продвижение микрощита вперед заканчивается в приемном котловане, после чего он демонтируется, оставив за собой готовый коллектор

Данная бестраншейная технология помогает решить ряд важных задач:

- Строительство подземных инженерных коммуникаций в различных населенных пунктах: города, поселки и промышленные зоны;

- Прокладка коммуникаций всех видов: водопровод, канализация, теплоснабжение и прочие;

- Строительство кабельных коллекторов;

- Прокладка труб под автодорогами, железными дорогами, взлётными полосами аэродромов и других встречающимися препятствиями;

 

Монтаж

 

Особое внимание при сооружении переходов уделяют подготовке

тросовой оснастки. Предварительно в базовых условиях изготавливают отдельные элементы (подвески, ветровые связи и тд) и доставляют на объект в укрупненном виде.

Первоначальной операцией является установка опорных плит в выверенный приямок. После этого монтируют пилоны при помощи стреловых кранов. Протягиваение троса на другой берег осущ-ся либо по льду в зимнее время, либо с помощью плавучих средств летом. Подъем несущего каната осуществляют к вершинам пилонов одновременно с двух сторон двумя стреловыми кранами.

Монтаж трубной плети можно осуществлять надвижкой плети на опорные седла (рис. а), при помощи понтонов(рис.б) и при помощи полиспастов в зимнее время со льда (рис. в).

После монтажа плети соединяют ветровые оттяжки и тросы с несущей системой. После регулировки натяжения всей системы плеть соединяют с береговыми участками трассы.

В таких конструкциях труба удерживается при помощи подвесной системы из нескольких несущих канатов и подвесок (вертикальных или наклонных).

От раскачивания строение удерживается ветровой системой.

Гибкие системы позволяют перекрывать большие пролеты, по сравнению с вантовыми до 720 м.

Самый крупный переход – Аммиакопровод Тольятти-Одесса через реку Днепр.

Рисунок Расчетная схема

В любом гибком переходе расчету подлежат несущий ветровой канат, подвески, пилон и анкерные опоры.

При известной длине перехода L задаемся стрелой провисания несущего каната:

при L≤100м ,

при L>100м .

Несущий канат работает на центральное растяжение, при этом усилие в канате изменяется от наименьшего значения, равного распору в наинизшей точке провисания , до наибольшей величины в месте опирания каната на пилон .

Количество и диаметр каната выбираем по расчетному усилию

, где – коэффициент использования каната (4х кратный запас)

Несущий канат сходит с пилона к анкерной опоре под таким углом, чтобы пилон работал на центральное сжатие.

Ветровой канат рассчитывается аналогичным образом с той лишь разницей, что для него максимальная стрела прогиба , а распор находится для 1,5-кратной ветровой нагрузке

с тем, чтобы в безветрие, ветровая система была в напряженном состоянии.

Подвески рассчитываются на центральное растяжение, пилон – устойчивость под действием усилия

(СНиП на ст. констр), где – коэффициент продольного изгиба, зависящий от гибкости пилона.

 

Расчет арочного перехода.

Прокол

Прокол осуществляют на трубопроводах диаметром до 530мм.

Оголовок кожуха оборудуется наконечником, диаметр которого больше на 20...50мм. Наиболее распостранены наканечники в виде прямого крувого конуса.

Продавливание

Прокладка труб продавливанием отличается тем, что прокладываемую трубу открытым концом, снабженным ножом, вдавливают в массив грунта, а грунт, поступающий в трубу в виде плотного керна, разрабатывают и удаляют из забоя. Для продавливания применяют нажимные насосно-домкратные установкииз двух, четырех гидродомкратов.

Горизонтальное бурение

Продавливание используется для трубопроводов средних и больших диаметров – 530…1620мм и для грунтов I – V категорий.

Проходка осуществляется установками горизонтального бурения (УГБ), предусматривающими опережающую разработку грунта в забое с устройством сквахин в грунте большим диаметром, чем диаметр прокладываемой трубы.

Работы начинаются с геодезической разбивки и рытья рабочего и приемного котлованов. Затем осуществляют крепление стенок и размещение агрегатов и узлов УГБ.

Прокладывают кожухи или путем последовательного наращивания отдельными звеньями 6 – 10м, или проходом на всю длину прокладки.

Микротоннелирование

Используется в сложных и стесненных условиях в грунтах любой категории без ограничений. Тоннели используются в сложных горных условиях.

 

 

Расчет напряженного состояние трубопровода на продольном склоне при монтаже «сверху-вниз»

При укладке на продольном уклоне в трубопроводе возникают продольные усилия, которые зависят от характеристики склона и способа монтажа [11].

Если фактический угол склона a больше или равен величине a_пр, именуемой предельным углом (a_п ³a_пр) и определяемой как a_пр = arctgf, (1)

где f – коэффициент трения трубопровода о грунт, то продольные растягивающие усилия Р_x в сечении х при монтаже «сверху-вниз» находятся по формуле (рис):

(2)

а соответствующие им продольные перемещения трубопровода, направленные вниз по склону, определяются по формуле: (3)

Знак (-) указывает на то, что перемещение направлено в противоположную сторону от принятого начала координат по оси x.

Максимальные усилия Р_{ma x} имеют место у вершины склона при x, равном длине смонтированного на склоне участка трубопровода

(4)

а максимальные перемещения u_max – в конце монтируемого участка при x=0

(5)

Рис. Расчетная схема трубопровода при монтаже,,сверху вниз“