Расчёт напряжённого состояния трубопровода при совмещённом способе укладки

ИЗОЛЯЦИОННО-УКЛАДОЧНЫЕ РАБОТЫ.

При сооружении трубопроводов изоляционно-укладочные работы включают следующие основные технологические операции:

- очистку наружной поверхности трубопровода или его элементов от ржавчины, земли, пыли, снега, наледи, копоти, масла, поддающейся механической очистке окалины и других загрязнений, при необходимости сушку и подогрев;

- приготовление или подготовку изоляционных и обёрточных (армирующих) материалов;

- нанесение грунтовки на очищенную поверхность трубопровода;

- нанесение изоляционного и обёрточного (армирующего) покрытий на огрунтованную поверхность;

- футеровку трубопровода или отдельных его частей, укладываемых на участках со скальным, каменистым и другими грунтами с твёрдыми включениями;

- укладку трубопровода в проектное положение;

- балластировку или закрепление трубопровода на проектной отметке;

- засыпку (присыпку) уложенного трубопровода;

- контроль качества подготовки изоляционных материалов и покрытий на трубопроводе.

Расчёт напряжённого состояния трубопровода при совмещённом способе укладки.

Изоляция и укладка трубопровода в проектное положение на дно траншеи может осуществляться совмещённым или раздельным способами. И в том, и в другом случае в качестве расчётной схемы принимают упругую изогнутую ось трубопровода. При совмещённом способе опорные поверхности начального и конечного участков приподнятого трубопровода находятся на разных уровнях, таким образом, расчётная схема несимметрична (рис.).

Исходными данными к расчёту являются: вес единицы длины трубопровода q_тр=q_м; вес изоляционной и очистной машин G_из и G_оч; высота подъёма изоляционной машины h_из; высота подъёма очистной машины h_оч; глубина траншеи h_т; ширина траншеи по дну В; угол внутреннего трения грунта φ_гр; жёсткость трубопровода при изгибе EI, где Е – модуль упругости, равный для стали 2,1·10⁵МПа; I – осевой момент инерции поперечного сечения трубы.

В расчёте сделано следующее допущение: изоляционная машина G_из совмещена с первым краном-трубоукладчиком (или группой трубоукладчиков) К₁, т.е. l_из=0, а высота подъёма трубопровода первым трубоукладчиком h₁ равна высоте подъёма изоляционной машины (или комбайна) h_из.

Рис. Расчётная схема несимметричного подъёма трубопровода:

К₁; К₂; К₃ – усилия, развиваемые трубоукладчиками или группой трубоукладчиков; R_o; R_a – опорные вертикальные реакции; G_из; G_оч – соответственно изоляционной и очистной машины; q_тр – нагрузка от собственного веса трубопровода; h_из и h_оч – высота подъёма соответственно очистной и изоляционной машин; h₁ – высота подъёма трубопровода первым трубоукладчиком; l₁; l₂; l₃; l_оч; l_из – расстояния.

Расстояние l₁ определяется из условия равенств максимального изгибающего момента в пролёте и изгибающего момента в точке подъёма трубопровода первым трубоукладчиком (или первой группой трубоукладчиков).

.

Аналогично расстояние l₄

.

Наиболее протяжённым, а следовательно, и наиболее нагруженным является пролёт l₁, поэтому достаточно проверить трубопровод на прочность в пределах этого пролёта. Максимальный изгибающий момент в пролёте М_х и момент в точке подъёма трубопровода краном-трубоукладчиком М₁, как отмечалось выше, равны между собой по абсолютной величине.

.

Условие прочности имеет вид:

.

При совмещённом способе изоляции и укладки в траншею трубопровод изгибается не только в вертикальной плоскости, но и в горизонтальной в процессе его надвижки с бровки на ось траншеи. Как правило, учёт изгиба трубопровода в горизонтальной плоскости даёт увеличение суммарных изгибающих моментов и напряжений не более чем на 5%.

Для расчёта расстояний l₂ и l₃ необходимо определить значения комплексов: I комплекс – 0,164·h_оч/h_из; II комплекс – 0,164(h_оч+h_т)/h_из по которым на диаграмме находят (по цифровым обозначениям) соответствующие овальные кривые: для первого комплекса из серии сплошных кривых, для второго из серии – пунктирных. Точки пересечения кривых сносятся на координатные оси и получают значения параметров α и β. При этом, как правило, получают две точки пересечения, что соответствует двум вариантам расстановки трубоукладчиков. Расчёт ведётся по двум вариантам, а на заключительном этапе выбирают приемлемый.

Расстояние l₂ и l₃ найдём из выражений:

;

.

Рис. Диаграмма для определения рациональной расстановки трубоукладчиков в изоляционно-укладочной колонне (ИУК).

Усилие на крюках трубоукладчиков или групп трубоукладчиков (в зависимости от компоновки ИУК) рассчитываются по формулам:

;

;

.

Реакции R_o и R_a рассчитывают по формулам:

;

.

Определив необходимые подъёмные усилия, подбираем марку кранов-трубоукладчиков с помощью зависимости:

,

где К_доп – допускаемое вертикальное усилие на крюке трубоукладчика; к_н.г. – коэффициент надёжности по грузоподъёмности, учитывающий неровный рельеф местности, к_н.г. =0,9; М_уст – номинальный момент устойчивости трубоукладчика, указываемый в паспорте; а – вылет стрелы, является переменным и изменяется от минимального у первого по ходу работ трубоукладчика К₃.

,

до максимального у последнего трубоукладчика К₁:

.

Если усилие К₁, К₂ или К₃ превышает К_доп, следует увеличить число трубоукладчиков в группе до двух, а иногда и до трёх.

Рекомендуемая компоновка трубоукладчиков и машин для трубопроводов различного диаметра при совмещённом способе производства работ приведён на (рис.)

Рис. Схемы расположения трубоукладчиков и машин в изоляционно-укладочной колонне при совмещённом способе производства работ для трубопроводов различных диаметров.

Таблица