Технологические трубопроводы (стр. 14 )

,

(14.20)

где ‑ длина перехода (рисунок 7.2),

,	(14.21)
.	(14.22)

14.3.3. Допускаемое наружное давление для тройников и врезок вычисляется по формуле (14.1), где допустимое наружное давление из условия устойчивости вычисляется по формуле (14.3), а допустимое наружное давление из условия прочности вычисляется по формулам

−  с наклонным ответвлением при 75°>≥45°

,

(14.23)

−  при 90°>≥75°

.

(14.24)

14.3.4. Допускаемое наружное давление для эллиптической заглушки вычисляется по формуле (14.1), где допустимое наружное давление из условия прочности вычисляется по формулам

−  для эллиптической заглушки без центрального отверстия

;

(14.25)

−  для эллиптической заглушки с центральным отверстием

.

(14.26)

Допустимое наружное давление из условия устойчивости вычисляется по формуле

,

(14.27)

где ‑ коэффициент, определяемый по формуле

; .

(14.28)

Рекомендуемый порядок расчета

14.4.1. Расчет вакуумных трубопроводов производится в следующем порядке:

1.  Определение толщин стенок труб согласно разделу 7, при этом расчет производится на внутреннее избыточное давление 0,2 МПа.

2.  Проверка допустимого наружного избыточного давления согласно разделу 14.2 и, при необходимости, увеличиваются толщины стенок.

3.  Поверочный расчет трубопровода при испытаниях по режиму ПДКОН согласно разделу 9, при этом расчет ведется на внутреннее избыточное давление 0,2 МПа.

4.  Поверочный расчет трубопровода с учетом наружного избыточного давления по режиму ПДН согласно разделу 9.

5.  Проверка на устойчивость стенок согласно 15.5.2 на этапах 2, 6, 8.

15  Поверочный расчет на устойчивость

Условные обозначения

– допускаемое продольное усилие из условий устойчивости, Н;

‑ расчетное продольное усилие в трубопроводе, определяемое расчетом трубопровода как упругой стержневой системы с учетом реальной конфигурации трубопровода, гибкости элементов, сил трения в опорах скольжения и взаимодействия с грунтом по методам строительной механики, Н;

‑ коэффициент запаса продольной устойчивости.

Общие положения

15.2.1. Условие обеспечения продольной устойчивости трубопровода от силовых (несамоуравновешенных) воздействий на этапах 1, 5, 7 является обязательным.

Примеры таких воздействий показаны на рисунке 15.1, где потеря устойчивости вызвана действием распорных усилий от внутреннего давления в осевом компенсаторе.

Рисунок 15.1. – Формы потери устойчивости трубопровода от силовых воздействий

15.2.2. Условие обеспечения продольной устойчивости трубопровода от совместного действия силовых и деформационных воздействий на этапах 2, 6, 8 является рекомендуемым, но не обязательным.

Пример таких воздействий показан на рисунке 15.2, где потеря устойчивости вызвана температурным расширением трубопровода.

Рисунок 15.2. – Форма потери устойчивости трубопровода от деформационных воздействий

Выполнение условия устойчивости от совместного действия силовых и деформационных воздействий рекомендуется обеспечивать по следующим соображениям:

−  функциональным: при выпучивании может произойти разуплотнение фланцевых соединений (рисунок 15.3, а), трубопровод может подняться над опорами (рисунок 15.3, б), могут возникнуть сильные вибрации трубопровода от присоединенного оборудования или вибрации в ветровом потоке;

−  эстетическим: внешний вид потерявшего устойчивость трубопровода показан на рисунке 15.3, в.

Также, вместо условия обеспечения устойчивости трубопровода от совместного действия силовых и деформационных воздействий может быть использовано условие ограничения максимальных прогибов при выпучивании потерявшего устойчивость трубопровода согласно 15.4.3. Величину максимального прогиба при выпучивании рекомендуется ограничивать исходя из следующих соображений:

−  конструктивных: прогиб не должен превышать величину зазора между трубой и близлежащими конструкциями (стенкой канала, соседними трубами, строительными конструкциями и т. д.);

−  эстетических: прогиб не должен превышать заданной из эстетических соображений величины зазора . Рекомендуется принимать .

15.2.3. Коэффициент запаса продольной устойчивости принимается .

15.2.4. Допускается использование более точных численных методов расчета на устойчивость с учетом развития упругопластических деформаций и геометрической нелинейности.

Рисунок 15.3. – Примеры потери устойчивости

Продольная устойчивость при бесканальной прокладке в грунте

15.3.1. В трубопроводах бесканальной прокладки в грунте в сечении трубопровода возникает продольное осевое сжимающее усилие , которое может привести к выпучиванию подземного трубопровода в вертикальной плоскости (рисунок 15.4, а). Поэтому конструктивные параметры (конфигурацию оси трубопровода, его глубину заложения) рекомендуется определять из условия обеспечения продольной устойчивости:

.

(15.1)

15.3.2. Допускаемое продольное усилие определяется по формуле

;

(15.2)

‑ допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности

Н,

(15.3)

где ‑ предел текучести при расчетной температуре. Для полимерных трубопроводов вместо подставляется значение .

‑ критическое осевое сжимающее усилие из условия устойчивости

,

(15.4)

где ‑ сопротивление сдвигу в продольном направлении согласно 6.2.15;

– расчетная удерживающая нагрузка грунтовой засыпки, Н/мм (рисунок 15.4, б).

Значение удерживающей нагрузки определяется по формуле:

Н/мм,

(15.5)

‑ расчетный вес условного слоя грунта над трубой Н/м;

‑ расчетная сила трения, удерживающая условный слой грунта Н/м;

‑ расчетный вес трубы с изоляцией и продуктом на единицу длины трубопровода Н/мм.

Значения удерживающих нагрузок , , с учетом коэффициентов надежности по таблице 6.1 принимаются равными меньше единицы.

Н/мм,	(15.6)
Н/мм.	(15.7)

Рисунок 15.4. ‑ Выпучивание подземного трубопровода

Продольная устойчивость надземных трубопроводов и подземных трубопроводов в каналах

15.4.1. Для трубопроводов, прокладываемых на скользящих опорах, условие обеспечения продольной устойчивости от силовых воздействий выглядит следующим образом:

,

(15.8)

где ‑ допускаемое продольное усилие из условия устойчивости

;

(15.9)

– допускаемое продольное усилие, определяемое по формуле (15.2), в которую подставляется осевое сжимающее усилие из условия устойчивости бесконечно длинного прямого трубопровода в горизонтальной плоскости на скользящих опорах (рисунок 15.5)

Н;

(15.10)

‑ коэффициент трения в скользящих опорах.

Если на рассматриваемом участке длины трубопровода установлено менее трех скользящих опор или коэффициент трения равен , а также если участок вертикальный, то в формуле (15.10) принимается ;

Рисунок 15.5. – Форма потери устойчивости бесконечно длинного трубопровода на скользящих опорах

‑ критическое осевое сжимающее усилие из условия продольной устойчивости центрально-сжатой прямой трубы

−  для полимерных трубопроводов и трубопроводов из цветных металлов определяется по формуле (15.2), в которую подставляется осевое сжимающее усилие

Н,

(15.11)

−  для стальных трубопроводов

Н,

(15.12)

где ‑ коэффициент продольного изгиба для центрально-сжатых стальных труб:

; ; ,

(15.13)

где ‑ условная приведенная гибкость

;

(15.14)

‑ коэффициент свободной длины, определяется в зависимости от условий закрепления прямолинейного участка трубопровода в соответствии с таблицей 15.1. Если точные условия закрепления неизвестны, то в запас устойчивости принимается большее значение коэффициента ;

‑ расстояние между опорами, мм (см. таблицу 15.1).

Таблица 15.1

Расчетная схема	Левый конец	Правый конец	Коэффициент
Заделка-заделка	Мертвая опора, направляющая опора с защемлением от поворота, тройник	Мертвая опора, направляющая опора с защемлением от поворота, тройник	0,5
Заделка-шарнир	Мертвая опора, направляющая опора с защемлением от поворота, тройник	Неподвижная опора, направляющая опора без защемления от поворота	0,7
Шарнир-шарнир	Неподвижная опора, направляющая опора без защемления от поворота	Неподвижная опора, направляющая опора без защемления от поворота	1,0
Заделка-свободный конец	Мертвая опора, направляющая опора с защемлением от поворота, тройник	Угловой, сдвиговый или универсальный компенсатор	2,0

15.4.2. Если условие (15.8) не выполняется, то рекомендуется принять меры для снижения продольного усилия , либо произвести расстановку направляющих опор с шагом (рисунок 15.1, в). Величина выбирается таким образом, чтобы для системы выполнялось условие (15.8).

15.4.3. При расчете на совместное действие силовых и деформационных воздействий максимальный прогиб при выпучивании трубы (рисунок 15.2, а) определяется по формуле:

−  при

мм,

(15.15)

Формула (15.15) справедлива при условии .

−  при

мм,

(15.16)

где ‑ начальный прогиб трубопровода (от весовой нагрузки, начальных несовершенств и т. д.);

‑ полное удлинение трубопровода. Например, для схемы на рисунке 15.2:

;

(15.17)

‑ удлинение среднего участка

;

(15.18)

‑ удлинение крайних участков

−  если участки надземной прокладки (рисунок 15.2, б), то:

,

(15.19)

−  если участки бесканальной прокладки в грунте (рисунок 15.2, в), то удлинение вычисляется с учетом сил трения трубы о грунт и с учетом воздействия сосредоточенного усилия от примыкающего к нему участка трубопровода.

Расчет местной устойчивости стенок трубопровода

15.5.1. Обеспечение устойчивости стенок трубопровода от действия осевых, изгибающих и сдвигающих усилий и давления является обязательным требованием при наличии наружного давления (вакуумный трубопровод). Для трубопроводов под действием внутреннего давления также рекомендуется выполненить поверочный расчет на устойчивость стенок, но это не является обязательным требованием.

15.5.2. Критерий местной устойчивости стенок труб и фасонных деталей под совместным действием наружного давления, осевого сжимающего усилия, изгибающих и крутящих моментов и поперечных усилий выглядит следующим образом:

,

(15.20)

где – эффективный коэффициент устойчивости, должен быть меньше или равен единице, вычисляется по формуле

,

(15.21)

где ‑ коэффициент устойчивости в предположении линейно-упругой работы материала, ‑ коэффициент прочности.

,	(15.22)
,	(15.23)

где , , , , , ‑ внутренние усилия в трубопроводе;

‑ допускаемое наружное давление из условия устойчивости в пределах упругости;

‑ допускаемое осевое усилие из условия устойчивости в пределах упругости;

‑ допустимый изгибающий момент из условия устойчивости в пределах упругости;

‑ допустимый крутящий момент из условия устойчивости в пределах упругости;

‑ допустимая поперечная сила из условия устойчивости в пределах упругости;

‑ эквивалентное напряжение в сечении трубы вычисляется согласно 9.2.12 при , , и .