Применение труб из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом для надземной прокладки напорных трубопроводов различного назначения (стр. 1 )

СОГЛАСОВАНО Главный инженер ГУП «МосводоканалНИИпроект» _____________ «___» октября 2008 г.

Утверждаю Директор – А» д. т.н. ____________ «___» октября 2008 г.

Применение труб из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом для надземной прокладки напорных трубопроводов различного назначения

Часть II Свода Правил

Руководитель разработки к. т.н., с. н.с. ___________________ От разработчиков д. т.н., проф. ___________________

Москва 2008

Содержание

Содержание 2

1 Область применения 4

2 Нормативные ссылки 5

3 Основы расчета на прочность 6

4 Основные положения расчета на прочность труб из ВЧШГ для надземной прокладки 8

4.1 Расчетная схема трубопровода из раструбных труб из ВЧШГ на внешнюю распределенную нагрузку 8

4.2 Расчет раструбных труб на поперечный изгиб 9

5 Расчет труб на осевое гидравлическое давление 18

5.1 Расчет горизонтальных нагрузок для труб с раструбными соединениями трубопроводов 18

6 Несущая способность соединений трубопровода в осевом продольном направлении 20

6.1 Нагрузки при проектировании трубопровода с раструбными соединениями RJ от воздействия внутреннего давления 20

6.2 Расчет сил трения, удерживающих трубу на опорах от осевого перемещения 22

7 Гидравлический расчет 23

8 Проектирование трубопроводов из труб ВЧШГ 23

8.1 Общие положения 23

8.2 Основные технические требования 24

9 Проектирование переходов трубопроводов и опор при надземном строительстве 25

9.1 Конструкции опор 26

9.1.1 Плитные опоры 26

9.1.2 Свайные опоры 27

9.2 Транспортирование и хранение 28

9.3 Охрана окружающей среды 28

9.4 Требования безопасности 28

Список использованной литературы 31

1  Область применения

Настоящий документ распространяется на надземные трубопроводы с использованием высокопрочных раструбных труб из ВЧШГ с соединениями RJ диаметром 100-500 мм.

Надземная прокладка трубопроводов холодного водоснабжения с использованием высокопрочных труб из чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ) применяются в следующих случаях:

-  прокладка инженерных коммуникаций в коллекторах;

-  прокладка трубопроводов на слабых и просадочных грунтах;

-  устройство постоянных и временных быстровозводимых трубопроводов;

-  прокладка трубопроводов в тоннелях, мостовых переходах;

-  прокладка в переходах через реки, каналы, в горных условиях;

-  в мелиоративном строительстве.

2  Нормативные ссылки

В настоящем дополнении к СП использованы ссылки на следующие документы:

СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения».

СНиП 3.05.04-85 «Наружные сети и сооружения водоснабжения и канализации».

СНиП 3.02.01-87 «Земляные сооружения, основания и фундаменты».

СНиП 3.01.04-87 «Приемка в эксплуатацию законченных строительством объектов. Основные положения».

СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений»;

СНиП 3.01.01-85* «Организация строительного производства»;

СНиП Инструкция о порядке разработки, согласования, утверждения и составе проектной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений;

СНиП «Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования»;

СНиП «Безопасность труда в строительстве. Часть 2. Строительное производство»;

СП «Проектирование и монтаж подземных трубопроводов водоснабжения с использованием труб из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом».

ГОСТ «Трубы стальные, чугунные и соединительные части к ним. Приемка, маркировка, упаковка, транспортирование и хранение».

СНиП 2.01.07-85 (с изм. 1993) «Нагрузки и воздействия».

СНиП 2.02.03«Свайные фундаменты».

СНиП 2.04.12-86 «Расчет на прочность стальных трубопроводов»

СНиП 2.04.14«Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов»

ТУ «Трубы чугунные напорные высоконапорные»

ТУ «Части соединительные литые из высокопрочного чугуна для напорных трубопроводов».

ТУ «Части соединительные сварные из высокопрочного чугуна для напорных трубопроводов»

ISO 2531 (ИСО 2531) «Трубы, фитинги, арматура и их соединения из чугуна с шаровидным графитом для водо-газоснабжения».

EN 545:2002 «Трубы, соединительные части и принадлежности из чугуна с шаровидным графитом ВЧШГ».

3 Основы расчета на прочность

3.1 Расчет надземных трубопроводов из ВЧШГ производится на воздействие внутреннего давления, поперечный изгиб от собственного веса, веса транспортируемого продукта, снега, возможного обледенения, давления ветра.

3.2 При расчете раструбных труб на изгиб, осевое растяжение за расчетное сопротивление принимается величина R2=300 МПа равном пределу упругости на растяжение, т. е. предельным состоянием считается достижение в металле труб напряжений, равных пределу упругости.

3.3 Нагрузки, подлежащие учету при расчете на изгиб надземных трубопроводов, и значения соответствующих коэффициентов перегрузки приведены в табл. 3.1.

Сочетания нагрузок и воздействий должны приниматься в наиболее невыгодных комбинациях для трубопровода и отдельных элементов конструкции.

3.4 Основные сочетания нагрузок состоят из собственного веса, веса транспортируемой воды, продольных усилий от внутреннего давления.

Дополнительные сочетания состоят из нагрузок, входящих в основное сочетание, с добавлением нагрузки от обледенения и ветровой или снеговой нагрузки с умножением расчетных нагрузок (кроме собственного веса и веса воды) на коэффициент 0,9.

Таблица 3.1 Виды нагрузок и значения коэффициентов перегрузки при расчете надземных трубопроводов

Нагрузки	Коэффициент перегрузки
Собственный вес трубопровода	1,1
Вес транспортируемой воды	1,0
Вес обледенения трубы	1,2
Снеговая нагрузка	1,4
Ветровая нагрузка	1,2
Продольные (вдоль оси трубы) напряжения от расчетного значения внутреннего давления	1,0
Сейсмические воздействия	1,0

3.5 Сочетание нагрузок с учетом монтажных нагрузок при расчете от обледенения, снега является дополнительным.

Вес труб с внутренним цементно-песчаным покрытием (ЦПП) принимается по ТУ .

Объемный вес воды принимается равным внутреннему объему трубы умноженному на плотность воды.

3.5.1 Расчетные нагрузки от воздействия ветра в горизонтальной плоскости для одиночной трубы перпендикулярно ее оси от снеговой нагрузки и обледенения трубы при диаметрах до 1400 мм не учитываются в расчетах. [3]

3.5.2 Нагрузки от теплоизоляции определяются в соответствии со СНиП 2.04.14-82* (1998).

3.6 Основными расчетными нагрузками раструбных труб из ВЧШГ принимаются: внутреннее давление наполнителя, собственный вес трубы и вес воды, осевые нагрузки от воздействия внутреннего гидравлического давления.

3.6.1 Основное сочетание нагрузок – одновременное воздействие внешних нагрузок от веса трубы и воды и внутреннего гидравлического давления.

3.6.2 Рассматриваются раструбные трубы с соединениями RJ, воспринимающие осевые нагрузки от воздействия внутреннего давления.

3.7 За расчетные значения внутреннего гидростатического давления приняты величины 0,6, 1,6 МПа как наиболее применяемые величины при работе напорных трубопроводов в качестве рабочих и испытательных.

4 Основные положения расчета на прочность труб из ВЧШГ для надземной прокладки

Рассматривается один вариант расчетной схемы на опорах – трубопровод из отдельных раструбных труб ВЧШГ.

Расчетная схема представлена на рис. 4.1.

4.1  Расчетная схема трубопровода из раструбных труб из ВЧШГ на внешнюю распределенную нагрузку

Рис. 4.1 Расчетная схема трубопровода из раструбных труб на внешнюю

распределенную нагрузку. N – горизонтальная нагрузка от внутреннего давления и сил трения на опорах

здесь Мо=М3=0 и М1=М2=М

,

(4.1)

где

4.1.1 Для определения осевых напряжений в раструбном трубопроводе при отдельную трубу можно рассматривать как балку кольцевого поперечного сечения, в которой возникает изгибающий момент M, при этом

,

(4.2)

где

- момент сопротивления, м3.

4.2  Расчет раструбных труб на поперечный изгиб

4.2.1 Основными расчетными нагрузками являются собственный вес трубы и вес воды, линейные нагрузки, q, кН/м, для каждого диаметра и геометрические характеристики приведены в табл. 4.1.

4.2.2 Величины напряжений изгиба рассчитываются по формуле (4.3), а прогибы трубы f в середине пролета по формуле:

,

(4.3)

где

q – линейная нагрузка, кН/м;

l – пролет трубчатой балки, м;

E – модуль упругости, равный 1,7∙105 МПа;

I - момент инерции сечения, см4.

Таблица 4.1 Нагрузки от труб класса 9 диаметрами 80-500 мм длиной 6 м

№ пп	Dy, мм	Вес трубы, кН	Вес воды, кН	Вес трубы с водой, кН	Нагрузка на 1 п/м, q, кН
1	80	0,9	0,45	1,35	0,22
2	100	1,12	0,53	1,65	0,27
3	125	1,4	1,25	2,65	0,44
4	150	1,7	1,34	3,04	0,51
5	200	2,3	2,3	4,6	0,77
6	250	3,0	3,6	6,6	1,10
7	300	3,8	4,7	8,5	1,42
8	350	4,9	6,8	11,7	1,95
9	400	5,9	8,0	13,9	2,32
10	500	8,0	12,3	20,3	3,38

В таблице 4.2 приведены также данные о коэффициенте запаса прочности , при поперечном изгибе где Rp =300 МПа.

Таблица 4.2 Величины напряжений поперечного изгиба σиз и прогиб f , см раструбных труб в середине пролета, l=6 м, от воздействия приведенной линейной нагрузки, q

Dy, мм	80	100	150	200	250	300	400	500
W, см3	39,9	59,6	126,7	230,8	330,4	600,7	1126.9	1932,5
I, см4	183,5	333,7	1039,0	2492,6	4472,4	9791,4	27721,2	50534,9
q, кН/м	0,22	0,27	0,51	0,77	1,10	1,42	2,32	3,38
σиз, МПа	24,8	18,87	16,69	13,84	14,07	10,00	9,66	1,83
f, см	0,5	0,70	0,45	0,20	0,195	0,136	0,082	0,066
K	12,0	16,0	18,0	21,6	21,4	30,0	31,0	16,3

4.2.3 Как видно из табл. 4.2, величины напряжений поперечного изгиба, σиз,и прогиба трубчатой балки, f, для труб диаметрами 80-500 мм незначительны и в расчетах труб на поперечный изгиб трубчатой балки могут не учитываться.