Расчет устойчивости ТП против всплытия

Расчет продольных перемещений подземных ТП.

Полубесконечный трубопровод - основная схема (рис. 7.10) при расчете продольных перемещений. Если приложить к концу полубесконечного трубопровода граничную силу Р₀₁, то трубы будут растягиваться и сечение х=l₁ выйдет из грунта на и₀; соответственно переместится в продольном направлении и продольное сечение х на величину и(х). Наконец, на каком-то расстоянии от конца полубесконечного трубопровода перемещения затухнут. Это может быть, например, в сечении х =0, которое мы и взяли за начало системы координат. Ясно, что величина перемещений и закон их применения по длине l зависят от вза­имодействия грунта, окружающего трубу, с поверхностью трубы.

Перемещение конца полубесконеч­ного трубопровода определяется для упругой связи грунта с трубой:

,(7.27)

где l₁ — участок, на котором устанавливается упругая связь;

k_u - коэффициент постели грунта на сдвиг; Е - модуль упругости трубы; F - площадь сечения стенки трубы.

Наибольшее значение граничного перемещения в сечении х=l₁

(7.29)

где τ_пр - предельное сопротивление грунта на сдвиг. Наиболь­шее значение продольной силы Р₀₁, при котором τ_пр возникает только в сечении х=l₁, оп­ределим, объединив фор­мулы (7.27) и (7.29):

(7.30)

Рис. 7.10. Схема перемещения полубесконечного трубопровода

При наличии упругой и пластичной связи

Под устойчивостью подводного трубопровода понимается способность оставаться в покое при самом неблагоприятном сочетании основных силовых воздействий - выталкивающее Ар­химедово усилие, горизонтальная и вертикальная составляющие гидродинамического воздействия потока, силы упругости трубо­провода и т. д. Расчет устойчивости подводных трубопроводов, прокладываемых на переходах через водные преграды, можно выполнить по формуле:

Б≥К_М(К_НВ∙q_В+Б_Г+Б_В+Б_ИЗГ+Б_ПР.С -q_ТР -q_ДОП)

где Б - необходимая пригрузка; К_М - коэф-т бзопасности по материалу, принимаемый для анкерных устройств 1, для ж/б, чугунных грузов 1,05, при сплошном обетонировании в опалубке 1,07; К_НВ - коэффициент надежно­сти при расчете устойчивости положения трубопровода против всплытия, принимается равным для водных преград с шириной зеркала воды в межень до 200 м, условным диаметром менее 1000 мм - 1,1; для остальных водных преград (реки) - 1,15; q_ТР - расчетный вес р-да (с учетом изоляции) на воздухе:

q_ТР = q_СВ + q_ИЗ,

q_СВ - собственный вес трубы; q_ИЗ = q_Л+q_бр - вес изоляционного покрытия; q_Л - вес липкой ленты; q_бр - вес оберточного слоя;

q_В - расчетная выталкивающая сила воды, действующая на трубопровод (с учетом изоляции и футеровки),

q_В =0,8D²_ТР∙γ_В;

q_ДОП - расчетный вес продукта на воздухе, дополнительных обустройств в воде, а также обледенения в воде при транспортировке продукта с отрицательной темературой;

Б_Г - дополнительная пригрузка, необходимая для компенсации горизонтальной составляющей гидродинамического воздействия потока Р_х

f_ТР - коэффициент трения трубопровода о грунт; для трубо­провода, покрытого сплошной деревянной футеровкой, прини­мается в зависимости от характеристики грунта; γ_В - объемный вес воды с учетом растворенных солей и взвешенных частиц грунта,

γ_В =1100-1150 кгс/см³.

с_х - коэффициент лобового сопротивления, зависящий от параметра

- средняя скорость потока, набегающего на трубу; - наружный диаметр трубопровода с учетом изоляции и футеровки; , - соответственно толщина изоляции и футеровки; - кинематический коэффициент вязкости, при 20° С для воды сСт; g - ускорение свободного паде­ния; при Re<10⁵ с_х=1,2, при Re=10⁵-10⁷ с_х=1; Б_В - допол­нительная пригрузка, необходимая для компенсации вертикаль­ной составляющей гидродинамического воздействия потока,

с_y - коэффициент подъемной силы при несимметричном обтекании трубы, с_y =0,55; Б_ИЗГ - дополнительная пригрузка, необходимая для изгиба трубопровода по заданной кривой дна траншеи; Б_ПР.С - дополнительная пригрузка, необходимая для предотвращения подъема трубопровода на криволинейных участках в вертикальной плоскости под действием продольных усилий.

Суммарную величину Б_ИЗГ + Б_ПР.С можно найти по следующей зависимости:

где Т_Р - расчетное тяговое усилие при протаскивании трубо­провода; EI - жесткость при изгибе; l_КР, f - соответственно про­тяженность и стрела прогиба криволинейного участка, берутся на основании данных фактического профиля перехода. Остальные параметры определяются аналогично расчету балластировки на болотах (см. гл. 5).